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日志

分辨力与远场分辨力测试之间的关系

热度 14已有 909 次阅读2015-10-23 11:37 |个人分类:讨论| 分辨力, 远场分辨力

前言
分辨力 超声检测系统的分辨力是指能够对一定大小的两个相邻反射体提供可分离指示时两者的最小距离。由于超声脉冲自身有一定宽度,在深度方向上分辨两个相邻信号的能力有一个最小限度(最小距离),称为纵向分辨力。(超声检测教材P127


远场分辨力P133

仪器与直探头远场分辨力测定

直探头置于CSK-1A试块上,左右移动探头,使示波器上出现8591100三个反射回波,则8591两相邻回波的波峰和波谷的分贝差20lg(波峰/波谷)表示分辨力。

直探头远场分辨力测试示意图


问题的提出:孙忠波坛友认为,分辨力应该有两种表征,其一为距离,其二为分贝差。

距离即为分辨力概念的定义。分贝差即远场分辨力的测试表征。


实际上对于分辨力的理解,有很多不同的表述。远东无损论坛上也经过了多次讨论。但是没有一个定论。没有比较详细的解释,以及表征。

本人的理解。


分辨力最初的定义,与距离有关。有两种表述,一种是教材上的表述1,即超声检测系统的分辨力是指能够对一定大小的两个相邻反射体提供可分离指示时两者的最小距离。还有一种是医学超声上的表述2:超声系统分辨力的定义是指辨别两种物体、两种组织或两个目标的能力,定义为在显示器上刚好能区分开的两点靶间距的实际距离。


两种表述大同小异。均是指能够区分两目标显示的最小距离。同时分辨力和分辨率两个概念是有差别的。医学上经常使用分辨率,工业超声检测使用分辨力。这可能与两行业采用的技术有关,医学上一般是B超(相控阵)故强调显示屏上二维分辨率,是相对分辨力的概念;工业超声一般是普通A扫,更多的关注纵向分辨力在时间轴上波形识别。


分辨力的概念,在前期谈论当中,刘恩凯有一个轴向分辨力的公式,其最为接近超声教材上纵向分辨力的概念。

http://www.fendti.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=30587&highlight=%E5%88%86%E8%BE%A8%E5%8A%9B


ΔZ=v*ΔT(-20dB)


V为超声波声速;ΔT(-20dB)为声脉冲宽度对应的-20dB持续时间。

但是该公式需要在射频模式下,比较好理解。而工业超声一般采用的是全检波模式,故而可能回避了声脉冲回波持续时间的相关问题。因为检波模式下,再去测试和理解声脉冲回波时间是有一定困难的。同时,在模拟机上连时间和声程测试都非常困难,故早期超声研究者创造性的采用波峰波谷差间接表征分辨力最小距离,可能为无奈之举。考虑到K值得提出,也是特定条件下,考虑到实际操作者数学功底有限,特意简化提出的概念,所以对远场分辨力这个测试方法,也需要历史的看待。


(直探头和斜探头)远场分辨力测试更是进一步简化了问题,回避了许多需要解释的概念,直接用波峰和波谷差间接反应纵向分辨力对应的距离(时间)


可以看如下图:

这样一来,导致远场分辨力和分辨力原始定义(最小距离)有着显著地不同。

远场分辨力实际上是分辨力的间接表征,它其实是特定声程下两特定反射体的回波指示波形差,并不是表述1最小距离或刚好能区分开两点靶间距地实际距离。可以简单计算得到它是间距差Δ6mm的两特定反射体的回波指示,而表述1最小距离需要采用具体实验的方式实际获得。准确测试到这个数值,在无损检测应用当中,可能意义并不是太大,故而除了无损检测研究者需要设计实验测试这个数据之外,普通操作者了解就可以了。当然,随着无损检测的要求越来越高,很可能以后会改变这个要求吧。(至于有兴趣了解分辨力最小距离测试的,可以私下交流,笔者认为这个和极限灵敏度有一定联系)

前期斜探头分辨力测试波形,供大家参考。

当设置合适距离的两相邻目标反射体时,可以得到两个首位相连的射频信号,它即是超声医学表述当中的两个刚好分离的信号对应的实际距离。

同时,根据上述射频波形,可以测试直径50mm的信号-20dB声脉冲宽度对应的持续时间,并用声速乘以这个持续时间,就可以得到分辨力?

可以利用闸门调节宽度,使得闸门宽度与上述ΔZ相等,间接得到分辨力?(图示闸门宽度为2.08mm,闸门选取左端与高于满屏10%的前沿波相切,右端同样如此,测试探头为2.5M 13*13,是否可以理解为该探头及超声系统分辨力为2.08mm?)




总之,采用分贝差作为分辨力的表征,是在历史条件下的一种实用简化测试方法,在新技术、新的概念要求下,可能已经不合适了。可以测试使用,却不宜以概念的形式提出。


TOFD技术提出之前,普通超声检测接触的都是检波信号,普通检测人员这个时候要理解射频信号,还是有一定困难的。只在测厚精度要求较高的情况下,会对射频波形进行分析吧。


如果需要对分辨力表征,个人觉得刘恩凯提的轴向分辨力的-20dB持续时间与声速的乘积,可能更接近分辨力的最小距离。


是否恰当?可以讨论。


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发表评论 评论 (9 个评论)

回复 dongxuliu123 2015-10-23 18:23
实际上射频信号的脉冲持续时间ΔT(-20dB)在一定程度上可以反应在轴向分开两个不同距离的反射体的能力,但是这个参数一般是探头测试系统测试出的探头的参数。分辨力一般指的是探头连接超声探伤仪,在某一设置条件下整个检测系统的性能参数,但是两者有密不可分的关系。我认为探头在一定测试条件下得到的脉冲持续时间能决定它在检测系统下分辨力性能的表现。考虑两个极端,第一,如果轴向两个反射体之间的距离L>ΔT*v,那么两个反射信号无论是射频信号还是射频信号都可以分开的很清楚,这样如果检测系统的信号还是区分不了,原因估计就是测试系统的信噪比(灵敏度)达不到。另一个极端,如果轴向两个反射体之间的距离L<ΔT*v,实际上,在射频模式下能看到两个反射信号波是有重叠的,但是如果检波模式下,再加上系统的信号缩放,就有可能让两个信号分开,引入db差,实际上就是为了解决这种极端情况下的分辨力量化对比的问题,间接的表征了分辨力或者分辨率,方便许多。值得提出的是无论是探头的脉冲持续时间ΔT和探伤系统的分辨力都是特定条件下测试的结果,的确脉冲持续时间ΔT(-20dB)更接近分辨力的定义。但是还有一个因素要考虑,就是同样测试条件下测得两个同型号探头的脉冲持续时间相同,有可能出现探头的波形不一致,在探伤系统中检波模式下,表现的分辨力可能会有差异。还有就是两种不同型号,比如两个仅仅是频率有所差异的探头,脉冲持续时间一样,最终在探伤系统中的分辨力表现也会不同。分贝差在探伤系统中还是很重要的。
回复 luolang1314 2015-10-23 18:31
dongxuliu123: 实际上射频信号的脉冲持续时间ΔT(-20dB)在一定程度上可以反应在轴向分开两个不同距离的反射体的能力,但是这个参数一般是探头测试系统测试出的探头的参数。分辨 ...
分贝差当然很重要。虽然它测试的是远场分辨力。但是实际上波谷和噪声在同一个数量级,所以它同时也反映了信噪比。这也是6dB最为可能的出处吧。另外,引入dB差,可能是解决模拟机的信噪比测试的问题。不像现在有比较高级的数字机,可以随便测试。那个时候,连个像样的示波器都没有。
回复 luolang1314 2015-10-23 18:32
因为低于6dB的话,目标信号就很难从背景信号中分离出来。这个时候,再去谈论分辨力就没有多大意义了:)我觉得开始理解斜探头远场分辨力大于6dB的原因了!讨论很好。
回复 luolang1314 2015-10-23 18:33
dongxuliu123: 实际上射频信号的脉冲持续时间ΔT(-20dB)在一定程度上可以反应在轴向分开两个不同距离的反射体的能力,但是这个参数一般是探头测试系统测试出的探头的参数。分辨 ...
讲的很好!赞一个。
回复 luolang1314 2015-10-23 18:34
如果CSK-1A试块的设计者能够出来解释下,就好了。对于这个分辨力测试的台阶孔,到现在我还是有很多疑问的。不知道是哪方大家呢!谁来详细的解释下分辨力的外延和内涵,以及在不同体系下,它的异同,就更好了。这个问题其实还是比较复杂的。
谁来总结一下分辨力呢?远东上讨论的貌似很久了。梁老也问过多次了。只是,有时候比较忙,没有时间参与讨论。
另外,刘恩凯的轴向分辨力公式是否应该除以二呢?在不同的声程范围(水平显示压缩比例下),会改变两个相邻显示是否能够分离或识别(即采取不同的压缩比例,两相邻信号可以由分离变成不可分离)
回复 dongxuliu123 2015-10-23 18:44
luolang1314: 如果CSK-1A试块的设计者能够出来解释下,就好了。对于这个分辨力测试的台阶孔,到现在我还是有很多疑问的。不知道是哪方大家呢!谁来详细的解释下分辨力的外延和 ...
标准中要求单斜探头测试44和50的两个弧面反射波,但是还要求两个波幅的高度一致,同时在20-30之间。测试发现20和30的时候测试结果是不一致的,当然在一定的误差范围内是满足的。试块的设计也是借鉴国外的经验吧。
回复 dongxuliu123 2015-10-23 18:51
luolang1314: 分贝差当然很重要。虽然它测试的是远场分辨力。但是实际上波谷和噪声在同一个数量级,所以它同时也反映了信噪比。这也是6dB最为可能的出处吧。另外,引入dB差, ...
即使是现在,在有该功能测试的数字机上,脉冲持续时间相比db差测试还是复杂很多。db差概念出来的时候,的确没有数字仪器什么的,但是检测和常规探伤仪的设计原理都还在延续。目前大多数基于脉冲反射法的常规探伤仪依然是利用检波模式下分辨缺陷,同时db差也相对简单方便,也能间接的反应检测系统的分辨力。
回复 haiyun 2015-11-7 16:38
学习
回复 wjjxuey 2015-11-18 09:41
dongxuliu123: 即使是现在,在有该功能测试的数字机上,脉冲持续时间相比db差测试还是复杂很多。db差概念出来的时候,的确没有数字仪器什么的,但是检测和常规探伤仪的设计原理 ...
确实,射频分析与实际的应用两者在普通的超声仪器上的实现可能性还是应该考虑的,否则对于普通的超声检测人员而言就没有实际的意义。。。

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