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日志

TOFD检测-激励脉冲宽度与探头标称频率之间的关系探讨

热度 26已有 1053 次阅读2014-12-27 19:10 | TOFD, 激励脉冲宽度, 双极性负方波

问题的提出:TOFD检测教材(强天鹏,2012年5月)P73页当中提到一个关于激励脉冲宽度和探头标称频率的关系式,即如果脉冲宽度设置为该超声波频率的一个周期(对于5MHz,设置为200ns),则一个周期后两个信号反相,叠加可获得一个很小振幅的信号,但余波振动也减少了。

而笔者接受以色列厂家培训时,激励脉冲宽度和探头标称频率有如下关系式:(脉冲宽度:)用于优化信号质量,先调节到理论值:1/2f(5MHz脉冲宽度为100ns),然后在此基础上进行微调,使波形达到最窄最高。

本次TOFD培训,有一个很好的机会与TOFD教材主编请教,获益匪浅。他的回复,解开了大部分疑惑,的确也让人思考。但是,我觉得这还不够。对于激励脉冲宽度和探头标称频率的关系,理论的解释,我觉得强总的回复非常精彩。但是,如何指导实际应用呢?心中不免还是百思不得其解!而造成我困惑的原因是什么?在什么地方出了偏差?

在进行TOFD培训之前,我大部分是凭着厂家培训的一些知识,以及自己摸索的一些知识,在实践中总结TOFD检测经验。由于没有系统的学习TOFD技术,故而初生牛犊不怕虎。什么都敢想,什么都敢做。TOFD技术的一点点进步,都是大量的试错的情况下得到的。这次培训,我觉得对我非常有用。将信马由缰纳入到规范之中,同时将理论系统化,由点及面。本次培训,通过老师们的辛勤讲解,真正的改变了我对TOFD的认识。只是,有些老师将大量的经验积累,压缩到短短的一堂课,如果听者不具备一定基础,没有实践的感性、理性认识,可能无法消化、吸收老师们经验的传递。为此次在课堂上讲“听不懂”、“此处讲错了”、“不是这个样子的”的学员汗颜一下下。我坐第一排,有些知识我也没有听懂。但是,很多实践和直观的东西,我是懂得。知识的传递,总是需要内化。可是内化需要做足功夫。而我们的学员,大部分是奔着武功秘籍过去的。技术的积累、经验的积累,真的有捷径么?真的有秘籍么?我看很难。上述都是题外话!

TOFD教材也是技术和经验的结晶,随便一个小的地方展开,便有很多的宝藏。只要你善于挖掘。

带着激励脉冲宽度的疑惑,我去找厂家的培训老师,再次确认以色列仪器脉冲宽度设置的依据及关系。仪器厂家的培训老师给我的回复是:仪器操作培训推荐从探头标称频率的一半开始调节是正确的,原因是以色列的TOFD仪器是采用双极性负方波激发的。

至此,我的所有疑惑都豁然开朗。TOFD教材推荐的单极性负方波激发的调节周期。而实际上,有些TOFD仪器是采用双极性负方波激发信号。加上强总在论坛上的回复,我想令我疑惑的原因总算是找到了。

附教材内容:1、脉冲宽度

TOFD系统使用的矩形脉冲的宽度应是可以调节的,通常约在50-500ns

脉冲宽度的选择是非常重要的,它有助于优化超声脉冲信号的形状。矩形脉冲的第一个边使探头的晶体元件产生振动,它的第二个边同样也可以使该晶体元件再次产生振动,但是超声脉冲的相位刚好与第一个振动的相位是相反的,相差180°,如下图所示。

这两个反相的超声脉冲通常会重叠并彼此干涉。改变脉冲的宽度可以使周期中不同的部分加强或者减弱,如下图,如果想使产生的两个脉冲组成一个单一频率的更强的脉冲信号,则应该将脉冲宽度设置成该频率周期的一半(比如5MHz时使用100ns),通过叠加信号加强,获得一个振幅更大的脉冲信号,但是余波也会随之变长。

如果脉冲宽度设置为超声波发射频率的一个周期(比如5MHz设置为200ns),则一个周期后,两个信号反相,叠加后可获得一个振幅很小的信号,余波的振动也减小了。


低周期数振动的脉冲称为短脉冲,对TOFD技术是有意义的,为了分辨小缺陷的上端点和下端点信号,希望探头发出的超声信号是短脉冲。

但是在TOFD技术实际的应用中,一个探头包含的频率是有一定范围的,最优的脉冲宽度必须通过试验来获得。试验方法:将底面回波信号波高设置为大约满屏高度的60%,从该探头中心的一个周期开始校准脉冲宽度。但是有时候因为探头频率范围比较大,激励脉冲的宽度对波形的影响并不明显。


PS:另外,需要注意的是,如果针对双极性负方波激励脉冲,则单极性负方波激励脉冲信号在脉冲宽度的取值上,激励的超声信号的次数上,激励的超声信号的幅值上以及激励的超声信号的稳定性方面,皆有不同。如果有机会补上双极性负方波激励脉冲详细的图形以及对应激励脉冲信号,就更好了。如果配上实际的测试图形,那么这个问题,我觉得就非常直观和有趣了!

附厂家培训的部分内容:TOFD参数设置

在仪器开机界面点击检测进入参数设置界面。

(1)   基础参数

     增益:用来调节波幅高低(灵敏度)

     声程:时间窗口显示范围

     声速:纵波5930m/s

     显示延迟:时间窗口起始点,用来平移波形位置

     抑制:0%

(2)   激发参数

     感抗:关闭

     激发模式:双晶

     脉冲宽度:用于优化信号质量,先调节到理论值:1/2f(5MHz脉冲宽度为100ns),然后在此基础上进行微调,使波形达到最窄最高

     阻抗:根据A扫信号波形调节,使信号周期数最少

    重复频率:每个通道200-300Hz

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雷人
21

握手

鲜花

鸡蛋

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发表评论 评论 (14 个评论)

回复 luolang1314 2014-12-27 19:16
哎,本次考试感觉时间不够用,而且大部分学员普遍反应题目有点偏难!
回复 糟老头子 2014-12-28 00:58
“小L”果然是你,呵呵。你博文中“改变脉冲宽度对超声波形的影响”这幅图不太好:半个周期的脉冲宽度激发时没从结果中看出叠加,一个周期也没从结果中看出抵消。本来想传张图,但回复不能加。
回复 luolang1314 2014-12-28 07:09
糟老头子: “小L”果然是你,呵呵。你博文中“改变脉冲宽度对超声波形的影响”这幅图不太好:半个周期的脉冲宽度激发时没从结果中看出叠加,一个周期也没从结果中看出抵消 ...
论坛回复如果要加入图,可能需要先传到你的相册当中。然后引用一下!
回复 糟老头子 2014-12-29 00:40
传到相册中了:http://www.fendti.cn/data/attachment/album/201412/29/003921y9aoqt6t44ofq4ql.jpg
回复 luolang1314 2014-12-29 06:51
你画的图形更加接近真实波形一些。能否将双极性负方波的信号叠加情况也画一个?如果有信号模拟输入、输出的模拟波形,再配上奥林巴斯的实测波形,那就更直观了!
你们有声场模拟软件,做这个信号模拟难不难?奥林巴斯是双极性负方波激发吗?
回复 luolang1314 2014-12-29 06:57
另外有一点需要强调的就是,负方波激发对于普通超声检测,特别是奥氏体不锈钢焊缝超声检测,也是非常重要的。我曾经做过一个测试,在N08810这种“超级奥氏体不锈钢“焊缝检测时,脉冲宽度调至最佳半周期时,信噪比比其它脉宽设置时有2dB左右的提高。
无论是TOFD还是普通检测,如果采用负方波激发的超声信号,都将是一个不错选择。都需要对脉冲宽度有所了解。
回复 天空 2014-12-29 22:13
你也去了第四期?
回复 luolang1314 2014-12-30 07:15
天空: 你也去了第四期?
我去了第三期呢!你是四期的吗?
回复 糟老头子 2014-12-30 09:53
那副图不是我画的。奥林巴斯的设备是负方波激励,我不明白双极性负方波是什么意思(我的理解是负方波就是负极,正方波就是正极。)双极性负方波是有正负极的负方波?矛盾了吧?我认为不管是正方波激励、负方波激励,脉冲宽度先调至半周期,再进行微调是正确的做法。
回复 天空 2014-12-30 20:11
luolang1314: 我去了第三期呢!你是四期的吗?
我是第四期,估计开卷得补考了
回复 happynation 2015-1-5 12:13
你和书上说的东西并不矛盾   取决于你实际中需要一个加强的信号 还是需要一个减弱的信号
书上说的差一个周期 可以减弱信号 没有错  但是这种方法一般我们不采用  
我们平时之所以设置为半周期  是因为需要一个加强的信号而以  
这和单极性 双极性没有关系
回复 糟老头子 2015-1-5 13:53
我在奥林巴斯EPOCH 600上做了改变脉冲宽度的实验,探头用的是M208(标称频率20MHz),见下面链接的视频。视频中的回波是延迟块的一次底面反射。http://v.youku.com/v_show/id_XODY0OTI2Mjgw.html
回复 hbwjyi 2015-4-21 19:53
  
回复 wjjxuey 2015-7-16 11:43
有不少同学疑惑这个负方波增强(半周期)或减弱(一周期)的周期数是怎么来的,与原来学习的声波相位干涉有些不同,其实根本在于原来学习的干涉其初始相位是假设是同相的,而负方波激发的两个信号是相位相反的。我09年TOFD刚开始学习时没注意这一关键点,理解也是混淆了。

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