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日志

“脉冲”杂记(修改稿)

热度 21已有 819 次阅读2013-12-25 17:22

概述

1.1 脉冲的词义

脉冲二字,似有动脉遭切割、血流喷冲之意。

1.2 脉冲的定义

    资料〔1〕对脉冲的定义为:持续时间短促的电或超声信号。我定义为: 脉冲是包括幅度升降在内的持续时间短促的电或超声信号。

UT教材中,我们关心的是电脉冲和超声脉冲,它们不但持续时间短促,而且还要按重复频率间歇发射。

1.3 脉冲的两个主要参数

    我的定义中,包含了脉冲的两个主要参数,即其幅度和宽度(持续时间)

1.3.1 冲脉(回波) 幅度

信号幅度

冲脉高度(回波波高)h

冲脉(回波) 的最大 幅度,在采用A型显示时,通常指时基线到最高峰的垂直高度,习惯上用h表示。

笔者注: 冲脉高度(回波波高)h是超声检测最重要的概念之一。因为它与声压P或由声压转化来的加在示波器垂直偏转板上的电压U成正比,即

     h1/h2=P1/P2=U1/U2

1.3.2 冲脉(回波) 长度

冲脉宽度△t

在低于峰值幅度一定水平上所测得的冲脉(回波) 前沿和后沿之间的时间间隔;或按标准要求测得的冲脉(回波) 前沿和后沿之间的时间间△t

笔者注: 冲脉宽度也是超声检测最重要的概念之一,超声相控阵或TOFD技术,为了追求高分辨力,不但要求使用脉冲波,还要求使用窄声脉冲。

1.4 为什么超声检测使用脉冲波?

按持续时间对超声波进行分类,超声波分为:连续波和脉冲波,UT实际使用的波是脉冲波,而不是连续波。连续波无法用来检铡,也无分辨力。试想,整个荧光屏都充满了和始波一祥的脉冲信号,怎么区分伤波呢?怎么区分两个相邻的信号呢?参照资料〔1,我修改关于分辨力的定义如下:

分辨力 超声检测仪器特性,以能够对两个反射体提供可分离指示时两者的最小距离的倒数来确定。

电脉冲

2.1电脉冲的作用--使晶片起振

用锤子敲锣,只要用锤子敲一下,锣面就会按自己固有的频率振动起来。超检仪的电脉冲的作用,就是用电压刺激探头晶片,以实行逆压电效应,如同用锤子敲锣一样,晶片会按自己固有的频率振动,从而发出超声波,其频率为

            fo=CL/(2t)            (1)

   式中:fo一晶片固有频率,探头频率;

         CL一晶片中的纵波速度;

         t一晶片厚度。

2.2 电脉冲的形状

实际使用的电脉冲,为尖脉冲,矩形(方波)脉冲和交变(调谐)脉冲,见资料〔3〕第171。它们虽然对频带宽度有些影响,但探头的中心(标称)频率总近似为fo

2.3 电脉冲持续时间与声脉冲持续时间的关系

电脉冲的持续时间总是小于超声脉冲的持续时间。

3 超声脉冲

3.1 视频脉冲和射频脉冲

显示器上显示的单向脉冲,通常称为视频脉冲;由示波器显示的双向高频脉冲,称为射频脉冲。射频脉冲经检波、整形,得到视频脉冲。

显示器上显示的视频脉冲,又叫A型脉冲显示,即以X轴表示时间,以Y轴表示幅度的显示

3.2窄脉冲的形成

    如上所述,为了追求高分辨力而要求窄脉冲,因此把晶片振动迅速制止下来,就十分必要了。制止的方法,就是加大探头对晶片的阻尼和提高阻尼质量。

 

3.3 超声脉冲宽度和其频带宽度的关系

超声脉冲的频率因为高阻尼、持续时间短而变得复杂了,它的频率变成大约以fo为中心,由高到低连续的有很大范围了。接近fo处幅度最高,比峰值频率低6dB(-6dB)的高、低两点频率分别用fufl表示,则频带宽度:

             B=fu-fl                        (2)

 

资料〔3〕第248页讲述了一种极限的情况,脉冲的非检波显示只有半周、单峰(即所谓阶跃瞬变信号),并给出了下面的带宽公式:

            B=1/(2t)                     (3)

式中:t一阶跃瞬变信号持续时间(笔者注: 即前面讲的脉冲宽度△t)

公式(3)清楚地说明:脉冲持续时间越短,带宽B越大。

对于持续时间1个周期以上的脉冲,虽然不能用公式(3)计算(应用频谱仪分析测量),但下面的叙述却是正确的:脉冲持续时间越短(形状越窄),它的频带越宽。这就是窄脉冲、宽频带说法的由来。

笔者注:区分清是电脉冲和超声脉冲之后,所谓频带宽度,我认为:只有通过频率分析谱仪显示的,见GB/T18694-2002"无损检测 超声检测 探头及超声场 的表征",图6,才是频带宽度。除此之外,似乎不应还有什么"频带宽度"。当否?望沟通。

3.4 窄脉冲的定义

    GB/T27664.1-2011无损检测 超声设备的性能与检验 第一部分仪器》第3.31有下列术语定义:

    窄脉冲

    脉冲幅度超过其峰值幅度一半的时间间隔内,占宽小于1.5个周期的射频脉冲。

参考文献

1GB/T12604.1《无损检测 术语  超声检测》.

2〕特压《超声检测》教材(2008版).

3美国无损检测手册.超声卷(1996中文版).


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