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超声测厚发展简史
添加时间:2017-02-20

我们知道,超声测量仪器,无论是测厚仪还是探伤仪,本质上都是“计时仪器”,即记录脉冲的发送和接收、计算“发送”和“接收”的时间差、乘以输入的 超声波在被测介质中传递的速度(即该介质中的超声波声速),由此得出介质的厚度、或者是缺陷的在介质中的位置。两者的差异,概括而言,“超声波测厚”更关 注脉冲信号记录的精确性和唯一性,而“超声波探伤”更关注脉冲信号的深度传递和信号捕捉的全面性(即不可遗漏、不可错过)。
通常情况下,超声测厚不需要超声波传递得太远(如果太厚,就不需要太精确的测量了),所以在超声测厚中,仪器的标称范围,其上限一般都会是508mm,这个上限数值是一种“历史沿革”,即最早的超声波测厚,有几个边界条件:
1,介质的超声波声速在5900m/s上下;
2,只考虑超声波在介质中的散射衰减、且该衰减水平与普通碳钢(比如45#钢)相近;
3,仪器的电路结构所能给予换能器(也就是探头)的能量是有限的;
4,需要多个探头的交替使用才能覆盖全量程。
自超声测厚技术诞生至今,材料学和工艺学的发展丰富多彩,被测介质的声学特性也呈现出令人眼花缭乱的多样性,因此,在超声测厚技术的应用和超声测厚仪器的选择上,不能圉于传统的认知。
超声测厚仪器的研制、生产和应用,已历时百年、历经“五代”。
第一代仪器,采用的是“始脉冲——回波”技术。即,以“换能器的晶振片起始脉冲”和“第一次底面回波”的时间差为基础来计算厚度。国内的普通测厚仪基本上都是这种技术。
第二代仪器,采用的是“界面——回波”技术.
即,事先剔除脉冲信号从晶振片开始到被测物表面的时间;
这种技术的出现,其目的本来是为了剔除“晶振片到探头保护膜的距离”给测厚带来的误差,事实上,这个“距离”,与要测的厚度通常不在一个数量级上, 因此,其适用性只在一个很窄的范围内才有意义。这种技术自本世纪初,在国外的仪器中开始有大量的应用,但作为一种“权宜之计”的过渡技术,很快被跨越,不 到五年的时间,就让出了它的“领先地位”。
第三代仪器,采用的是“回波——回波”技术。
即,以“第一次底面回波”和“第二次底面回波”的时间差为基础来计算厚度;这种技术,与“界面——回波”技术有相同的地方,即,都不用考虑“晶振片到探头保护膜的距离”带来的测量误差,但同样,只在小范围内才有适用意义。 
这 种技术得以应用,其更大意义在于:该技术改变了仪器的电路结构,使得仪器可以给换能器(探头)更大的能量、并能更好地分检回波信号,因此,应对“信号衰 减”,采用这种技术的仪器比前两代仪器有了质的提升;也因此,“回波—回波”,成了迄今为止先进超声波测厚仪共同的技术基础。
第四代仪器,采用的是“A扫描信号测厚”技术。
前面三代都是“读数型测厚仪”,不管读哪几次波,最终都是靠事先设定的程序由仪器来判定和计算的。而“A扫测厚仪”则是将所有的信号都显示在屏幕 上,由操作者自行判断、并且可以计算任意两次波的时间差,也就是说,将测量的主动权交给了操作者,这对于分析型测厚、以及杂波信号较多的测厚非常有帮 助; 
第五代仪器,采用的是单晶探头。
前面四代测厚仪,使用的都是双晶探头(只有在超薄件测厚中,才有专门的机型使用高频单晶探头),而双晶探头,由于晶振片排列的结构性因素,超声波的 传递呈现出一个“V”型路径,这意味着,晶振片发射和接收信号的有效面积势必受到“V”路径的影响,也就是说,每个双晶探头的测厚范围受晶振片直径、晶振 片斜角的影响较大。