也谈幻象波

超声论坛当中关于大厚度锻件检测时，因重复频率设置较高，容易出现幻象波的讨论，让我增加了不少见识。特别是香港黄先生，专门写了一篇文章介绍幻象波（幻影波）。更是让人受益匪浅。

比较赞同枫林晚先生和糟老头子的评论和观点！

但是觉得有关幻象波的研究并没有深入。仅仅是幻象波识别和消除方面，谈论较多，个人觉得幻象波产生原因分析好像不够。在香港黄先生的文章隐隐有幻象波和游动波等同的观点。笔者也一直对这两个概念有点认识不清。在实际检测当中，没有遇到幻象波实例，但是游动波倒是遇到过几次。故之前一直将两者等同。

经过在网上查找资料得到如下定义：（个人觉得教材对幻象波的介绍和分析可能太少）

幻象波----重复频率太高时，也会使得两次超声脉冲之间的时间间隔太短，容易使第二次触发的超声脉冲与第一次触发的超声脉冲反射回波相遇而发生干扰，或者是进入了第一次触发的超声脉冲 的周期内，也会形成干扰。或者说是第一次触发的脉冲波尚未充分衰减，而落入第二次触发的周期内形成干扰等等，结果会产生例如幻象波、假信号等。有时第一次底波前不容易出现幻象波，往往会在第二次、第三次或第四次底面回波前出现干扰信号也容易被误判为缺陷信号。
游动波----当被检材料透声性优良而重复频率选择过高时还会出现所谓“游动波”特别在钢例如5CrNiMo、1Cr11Ni2W2MoV、Cr17Ni2等或铝合金锻件中容易出现。这种游动波酷似缺陷的反射回波信号其特点是从荧光屏水平刻度的始波位置出发缓慢地快慢不一向底波方向移动直至越过第一次底波之后从始波位置起又重新出现并向底波方向游动在不同条件下其移动速度不同有时极为缓慢在探伤检测中应注意予以识别。当把重复频率降低后这种游动波现象即会消失因此其识别也是比较简单的。
 关于重复频率在网上查到一篇资料介绍：脉冲超声波的重复频率  http://www.101718.com/blog/1413.html

以下内容摘自上面引用的文章

“2.2对重复频率的具体要求

然而，重复频率并非越高越好。重复频率高，会使荧光屏整个背景亮度高，甚至会有幻象闪烁，且还可能会导致不同脉冲信号间相互干扰。另外，重复频率高，仪器的功耗大，携带不便，一般认为fh不大于500Hz为宜。

综合考虑上述利弊，超声仪器标准要求fh在50Hz~500Hz之间(？记忆不准，待查)。

2.3 重复频率与工件厚度的关系

两个时间间隔近似为τ的脉冲，它们的影像在荧光屏上是重合的，但它们的声程差却很大。例如横波在钢中的速度Cs=3230m/s，假定重复频率fh=500Hz，两个脉冲的声程差为6.46米。这个声程差之少半为3m，可视为无衰减横波的最大理论扫描范围(即不与相邻脉冲相互干涉的范围)。而我们检测的工件最大厚度通常小于1m。所以在fh不大于500Hz时，不会发生脉冲信号干涉现象，似乎重复频率与工件厚度，没什么关系。“厚工件要重复频率低，薄工件要重复频率高”这样叙述，可能对厚度大于1m的， fh>1000Hz钢件而言的。一般情况下(如fh在80~200Hz)，不需要考虑重复频率与工件厚度的关系。

2.4 重复频率和灵敏度的关系

这个问题，可能是：重复频率低、高，影响人眼的识别灵敏度。重复频率低时，背景暗，脉冲与背景对比度似乎大了；重复频率高时，背景亮度大，脉冲与背景对比度似乎小了，可能还有幻象波，影响检测可靠性，影响细小缺陷检出。”

 

香港黄先生总结幻象波容易出现的条件：1，材料为透声性能较好材料，即声衰减因子较小的金属材料,2，检测时重复频率设置太高并且灵敏度设置较高（第一个是主因）；3，检测时声程大于500mm及以上工件，较薄不易出现。
所以幻象波和灵敏度还是有一定关系的。不过重复频率起的作用较大而已。夏纪真老师曾经讲个一个案例，重复频率100Hz时直径180mm 钢棒检测时偶然发现游动波。
幻象波的产生原因和出现位置值得进一步研究。在识别和避免幻象波论坛讨论较多。
产生原因可能较为复杂，特别涉及到边缘干涉，结构变型回波干涉以及声束路径、干涉原理值得大家关注。

笔者在做TOFD检测时，曾经遇到一个现象。当周围存在强电磁场时（鼓轮架控制柜、电焊机线圈等），仪器上A扫接收到游动波信号，TOFD图谱出现雪花信号。如果游动波算是幻象波的一个特例的话，那么幻象波至少有两部分由来：1，材料当中超声信号出现干涉等原因产生（一般情况）；2，检测设备参数设置不当或电子噪声干扰产生游动波或幻象波。
重复频率设置太高是一个相对、定性的理解。希望有坛友可以进一步研究幻象波产生的原因。检测灵敏度设置太高，较为容易出现幻象波。但是否设置较低频率幻象波不可出现，最好有实验、案例较好。在论坛讨论当中，曾经有一例，采用模拟机，原幻象波出现的位置只有一个点（波幅不高，衰减36dB），进一步提高灵敏度，该点可能会变成较高回波？
可以研究工艺当中，各参数与幻象波产生之间的联系。希望遇到幻象波的同仁，展开进一步研究。
至少可以得到具体某一条件下，出现幻象波最低重复频率是多少。

本人的疑惑：幻象波和游动波能否看作相同伪信号。依稀记得有人将游动波视作幻象波的特例，但具体出处在哪，不太记得了。

糟老头子做的个视频挺好的，能很好的解释幻象波和重复频率之间的关系。OMinScan的仪器可以连续调节重复频率，不像其它的仪器，重复频率只有几个档次，且跨度较大。

TOFD不会出现幻象波？本人对这个持怀疑态度。虽然没有TOFD出现幻象波的案例和文章出现。

笔者所遇到TOFD游动波的确由于电磁干扰产生，在国产仪器TOFD检测比较容易出现该类现象。

在对直探头波形分析的时候，发现一次底波后衍射小波、波型转换波（S+L、L+S，S+S）。且波型转换波有干涉加强现象，如果有OMinScan仪器的同仁，能否做个小实验，看一次波后面的波型转换波是否和重复频率有关？

期待大家的指正。

PS:经过对糟老头子上传视频分析，CSK-3A试块（宽度方向150mm)将重复频率调高，仍然发现幻象波现象，并不限于声程500mm以上较容易出现幻象波；坛友所传580mm厚台阶锻件幻象波图片显示幻象波波幅与边缘效应存在叠加影响；笔者用以色列TOFD设备搭载多普勒普通直探头，对锻件试块CS 1-4（厚220mm)试块进行测试，同样发现幻象波现象，由于重复频率只能加到860Hz左右，幻象波波高约在满屏20%-50%左右（将fai 2孔调至满屏50%），可见幻象波并不难获得，但出现的条件可能与具体条件有关（材料声学性能、工件厚度、结构、位置、探头性能、仪器参数等）；用以色列仪器在200mmTOFD试块上调试，增加重复频率至1800Hz左右，未发现幻象波。

由于普通直探头声场及回波声压规律需要进一步探索和研究，一次波后衍射小波及波型转换波需要更多关注，本次小实验证实其为具体声束转换、干涉、衍射引起，非重复频率过高引起。TOFD声场规律需要进一步研究，关于TOFD不会出现幻象波持保留意见。