模拟机与数字机的异同

现在模拟机已经很少了，我们公司全都是数字机。我也没见过模拟机，但是很多教材、标准、校验规程等等还是以模拟机为主。在实际操作过程中，很多人都不明白其中的意义。有时候会有偏差的理解和操作。通过向同事学习、共同讨论。大概有了一些理解，整理如下内容。不足之处望补充，错误之处请批评指正。

首先看一下模拟机与数字机的电路方框图。模拟机有两条线：1、同步电路——扫描电路——显示器（示波器）2、同步电路——发射电路——探头（换能器）——工件——探头——接收放大电路——显示器。数字机一条线：发射电路（微处理器控制）——探头（换能器）——工件——探头——接收电路（微处理器控制）——A/D转换器（微处理器控制）——微处理器——显示器。

模拟机的线路1是因为用示波器才有的一条线，基本原理可以看资料。主要比较检测信号这条线（辅助、产生、传递、接收超声信号线路）。数字机第一步微处理器相当于模拟机的同步电路，接收电路同接收放大电路。数字机比模拟机多了A/D转换和微处理器。可以看出从发射电路到接收电路，两种仪器有相同的组成部分。

我接触过友联、汉威、山峰常规超声机器，奥林巴斯的MX2相控阵机器。常规超声机器的发射电压基本是数百伏、重复频率为100、脉冲宽度为100ns，一般都不可调的。相控阵分三档45V、80V、115V，重复频率根据设置变化，脉冲宽度一般50ns。在不改变增益的情况下，改变电压，波高有明显变化（用相控阵仪器做的实验，模拟机也可以改变发射电压）。说到这里，我想说数字机与模拟机相同的地方，电压也是灵敏度的一个参数（具体对应关系需要实验支持），当然发射电压提高也会增加盲区，需要实验找最佳值。

发射电路——探头——工件——探头......。这个环节数字机模拟机都有，原理一样。简单的说，发射电路把电压加到压电晶片上发出超声波，根据不同的电压，会有不同的初始能量。超声波进放工件后，遇到反射体反射回探头，振动晶片产生电信号。注意这里，如果反射回来的超声能量不足以使晶片振动，那么这个反射体将不被发现。这时增加电压（能量）会不会提高灵敏度？

通过以上分析，要区别平常说的：增加增益，提高灵敏度。这是不同的概念。

放大作用都是在探头（晶片）接收后变成电信号，再进入放大电路。所以能检出的最小反射体的波高都已经确定，调整增益（波高）只不过是为了能在显示器上看到。根据仪器对信号的显示方式是以波高来表示，那么同时在显示器里看到的dB差（20log(100/5)=26)。对于波高相差26dB以上的信号就不能同时显示（定量）。

常规超声的发射电压都比较高（相对于相控阵），在当前标准下，不会在晶片接收这一步造成漏检。主要是对于相控阵（一次与奥林巴斯的人交流，他建议我们用115V，我们通常用的是80V，这让我有了以上的一些思考），因为能聚焦，可以提高单位体积能量，所以可以降低电压，来提高其他方面的性能。但聚焦有一定的区域，如果超出这个区域能量就可能不足了。所以做相控阵检测在做设置时可能会考虑到。

接收放大电路（接收电路），晶片压电效应产生的电信号（后会转换成电压）不足以在示波器偏转板上产生偏转电压（或是满足A/D转换需要的电压值），所以在接收电路要进行放大，也就是我们调的增益（或是模拟机的衰减，对模拟机不熟，只能大概对应）。

再说一下A/D转换。先要申明一点，数模转换我只了解个大概。具体基础原理，我也不清楚。也还没有精力去系统学习，只是根据已有知识作推理分析。对于不当之处，专业人士请见谅。

现在常用的是8位数模转换方式，由二进制知有256种组合方式。以具体假设来说明，波高之比等于声压之比，声压与电压成正比（压电常数，超声检测第二版4.2.2）。波高之比等于电压之比。以CS—2试块200/2孔为例，1、用直探头把平底孔波高调到100%，此时增益G1，对应电压V1，2、调整增益使波高为5%（也可能是其他百分数，因为没有具体资料，取5%是因为验证垂直线性时常用这个值），此时增益G2，对应电压V2。数模转换的电压区间就为（V2—V1），如果电压超出这个值就不能定量，小于显示不出来，大于就溢出（按100%显示，但不能定量了）。调增益就是把不同电压放大（缩小）到数模转换区间。在（V2—V1）之内分成256份，那么一个信号就可以用唯一的二进制数来表示其波高，这样就可以实现数模转换。

前段时候，论坛上很多前辈在讨论极限分辨率，让我受益匪浅。在理论上，我思考得少。在这讨论仪器时，我想从仪器本身方面来理解一下。前面已经讲到发射能量以及回波能量，回波能量最小得引起晶片振动，这是第一步。之后经过放大，要么在示波器上有足够偏转电压使电子束偏转，在荧光屏上有显示信号，要么电压大于数模转换电压区间下限值，这是必备的第二步。实际系统的极限灵敏度，对于不同的仪器，会有不同的极限灵敏度。

最后说一下显示的不同。对与信号当量的定量前面已经说过，那么仪器是怎么确定反射体位置的。现在我要说的不是根据声程或声程加三角关系确定的位置，而是声程是怎么来的。这一点，模拟机与数字机有本质的不同。也是能够使数模转换有意义的关键。现在很多的资料上都还说扫描速度，让很多刚入行的人莫名奇妙。因为那是模拟机的术语，与现在通用的数字机已经不一样了。用过模拟机的前辈们应该比较清楚，模拟机是没有声速的，相应的参数为扫描比例。数字机的声程是怎么计算出来的？教材上都有：声速乘以时间，我们都知道钢中纵波5900m/s，横波3230m/s。如此高的速度，在我们检测的钢中只有几十微秒的时间。数字机中有专门的时钟，从发射电路发射电压开始计时，这样减去传速及探头中的时间，就可以得到钢中的时间，从而得出声程。对于模拟机，就没有这么方便了。以直探头为例，在IIW试块上找到100mm的一次底波B1与二次底波B2。我们知道B1与B2信号之间代表100mm。模拟机上都有方格线，水平方向有十大格100小格。根据信号实际代表距离比上显示屏信号之间的格数就得到了扫描比例n。再移动水平偏移，调好零点。扫描发现回波信号后读出显示屏上的格数（零位到信号之间），再乘以扫描比例n就得到声程。

模拟机得到声程的过程很复杂，精度也比较低。扫描比例调节好后，不能再动。以前培训时听老师说要带小的牛角试块到现场还不明白其中的意思，现在想想，只有用试块验证才知道仪器的扫描比例有没有变，能否继续检测。

现在用模拟机的人很少了（我是没见过），差不多都是数字机，但现在的一些规程还是模拟机的那一套。对于水平线性，数字机的时钟是比较可靠的，又没有人为变动的可能。在做水平线性时，基本都为零。所以对于数字时钟就没必要在现场检验（这种级别太粗糙，精度不够），而应该送到有条件的地方。比如仪器送检的计量局等。

水平有限，内容比较杂乱，望见谅。

好贴，深奥