原文发表于：www.ek320.com 对首次想购置超声波探伤仪的人来说，面对国内外品牌，型号有上百种，售价从一万多到十多万都有，真是无从选择。也许有人会说一分价钱一分货，贵的一定比便宜的好，但在超声波探伤仪领域，此话不一定当真，只要上网查一下相同机器（因为OEM的原因，型号叫法不一定相同) ，售价相差一倍的也不少见。当然售前售后服务程度对售价也有相当影响。那么如何选择满足自己需求，价廉物美，高性价比的探伤仪呢？本文从设计制造者的视点，深知各项技术指标的难易程度，及对探伤效果的影响作一些介绍。 超声波探伤仪分模拟机和数字机二大类。近年来由于数字技术的进步，数字机的价格有的巳接近模拟机，性能指标及功能也超过模拟机，除非用惯模拟机，否则应选购数字机。 目前市售各种数字机可以说几乎全部能符合中国国家标准JB/T10061-1999，有多项指标远超国标，例如水平非线性，数字机可以轻易做到误差为零，垂直非线性可做到小于3%。只有分辨率国标为≥26dB，一般也只能做到此水平，原因是分辨率高低主要由探头特性决定，国标规定用2.5MHz径20mm探头测试，有的厂商用5MHz头测试，指标自然而然就高了许多，这不能表明该仪器在分辨率指标上比别家好。对一般的探伤需求而言，任一款符合国标的探伤仪，探伤效果无明显差别，选型的原则是售价是否经济实惠，外观，重量，操作方便程度，维修服务是否满意，有没有包含自己必需要的功能？由于数字机的功能越来越多，没有一款机器能包罗万象集成所有功能，但基本功能差别不大，能满足绝大部份探伤需求。由于技术的进步，近年来优质的国产机同进囗的名牌机相比，差距已很小了，甚至于各有长处，而且国产机的用户操作界面，说明书的编写更符合国人习惯。进口机的售价，维修时间，配件费用，电池更新费更不用说了，不过进囗机在外观上还是做得很有创意的。 选一款仪器总得把它的技术指标看一下，下面把常见的技术指标及意义作些解释。 1. 检测范围：指探伤距离，一般指最大探伤距离，当然应当大于工件最大尺寸。大部分仪器做到6000mm左右（指钢材纵波声速，反射式探伤），个别有10000mm到15000mm，不过6000mm已足够了，大部份应用在1000mm之内。有的仪器检测范围表达为0-6000mm有点不太科学，因为最小满度检测范围并没有表达清楚，现拿弹簧秤做比喻，最大秤重6000克的秤可以认为秤重范围0-6000克，但1克2克能分清楚吗？如果需要看清楚缺陷回波的波形细节或探测数亳米近距离缺陷，就需了解最小满度检测范围，目前大部分仪器为8-12mm，对检测数毫米深度的缺陷，能足够看清楚了，所以也没有必要刻意追求最小满度检测范围，不过从最小满度检测范围可以推算出A/D采样频率，下面介绍采样频率时会有说明。 2. 声速范围：指被测工件的声速，一般为1000～9999M/S，范围再扩大也没有什么实际用处，不必刻意关注该指标。 3. 工作频率：指配用探头频率范围，一般为0.4～10MHz，也有0.2～0MHz。际探伤中，常用探头频率范围为1～5MHz。考虑到材料晶粒反射和探测距离，很少用10MHz以上探头，而且国产探头能做到10MHz以上很少见。低频探头虽能减少晶粒反射和增加探测距离，但降低了探测小缺陷的能力和距离分辨率，故1MHz以下的探头很少用到，所以如无特殊要求，不必关注该指标。 4. 增益范围：指最大最小增益设定范围。增益就是仪器灵敏度或放大量大小，增益高回波会增高。探伤时，需调到一个合适的值，太高或太低就无法确定缺陷大小。一般为0～110dB，也有0～100dB或0～120dB。不要以为120dB的比100dB的灵敏度高，还要看“基础灵敏度”如何，还有最大增益时的杂波大小，超过20%以上就没有意义。例如对某试块测底波，0～100dB的机子增益0时波高50%，而0～120dB的机子增益20时波高也是50%，那末二台机子的灵敏度是相同的。目前国内外机子增益范围绝大部份为0～110dB，取此范围是比较合理的。由于取值范围几乎都是0～110dB，所以不必刻意关注该指标。 5. 水平非线性和垂直非线性：指回波在显示器水平方向（代表距离）和垂直方向（表示回波高度）的非线性程度，水平非线性会影响缺陷定位精度，垂直非线性会影响缺陷大小的测量精度。由于模拟机用示波管做显示器，示波管的偏转系统有较大的非线性，所以非线性比较厉害；数字机用点阵式显示器，显示器本身不存在非线性，所以水平非线性很容易做到0%。垂直非线性由于信号处理电路的原因，还是存在一些非线性，一般可以做到2～3%。由于超声波探伤对缺陷大小判别在理论上讲也不是很精确（回波高低和很多因素有关，例如缺陷方向，形状，表面反射能力有关），过度追求垂直精度没有什么意义，国标要求小于5%，所以3%的精度巳足够了。 6. 灵敏度余量：国标中规定用2.5MHzφ20直探头以深度200mm的φ2平底孔反射波高50%时的增益值为基准，去除探头后，再提高增益直到仪器自身杂波达10%高度时增益所增加的dB数。国标规定大于46dB，一般可做到50-66dB，此值越大说明仪器的发射能力大或接收放大器的自身杂波小，当然测试条件对此值影响很大，例如阻尼电阻大小会影响3-6dB，使用滤波器后会改善约6dB，探头效率高低相差10dB也是有的。厂商在定该指标时，还会留有余地，保守的可能会多留点，所以不要过分在意数dB的差别，而且在近距离探伤（指工件厚度小于500mm）时，增益一般不超过65dB，如考虑到表面光洁度不够，再加15dB补偿到80dB。而绝大部分机子，要到90dB时才会看到一点自身杂波（指探头不放在工件上时，因为据实测，在70dB时试块的杂波就有10%高，试块的晶粒反射或不可避免的微小缺陷），所以灵敏度余量有50dB以上也够了。 7. 分辩率：指对二个相邻而相距很近的回波的区分能力。该指标是对仪器和探头的综合考察，如果仪器的放大器有阻塞现象或检波器滤波时间常数过大，就会产生拖尾现象（模拟机常有此现象），分辨率就会降低。但现在的数字机都采用集成电路放大器，检波器滤波时间常数取值又很小，所以仪器本身的分辨率不成问题，而探头自身阻尼好坏成了决定因素，目前如使用2.5MHz直径20mm直探头，分辩率指标一般也就26dB，阻尼好的也有36dB，有的厂商用5MHz探头测试，是不符合国标规定的。建议不考虑该指标，配一个阻尼好的探头才是最要紧的。 8. 动态范围：指对小缺陷波的检测能力。例如有一个小缺陷波，理伦上的波高应有2%的高度，但由于检波器小信号时的非线性很严重，2%高度的小信号有可能检不出来，也就看不到该缺陷波，如果刚能检测到一点让肉眼能发现该缺陷（不计较是否达到2%高度），那未动态范围是100比2，也就是50倍即34dB。国标要求26dB，一般都可达到32dB，好的38dB。不过32dB已足够好了，不必追求该指标，如怕漏掉小缺陷，把扫查增益多增加点好了。 9. 发射脉冲是否方波激励：以前的机子都是尖脉冲激励而且宽度也不可调，目前约有一半的机子采用方波激励且宽度可调，同探头的特性配合较好，在相同发射电压时发射强度大约能提高一倍，灵敏度也能改善6dB。凡没有提及该项指标的，肯定是尖脉冲激励。不过对近距离探伤，灵敏度也不需要很高，是否方波激励也无所谓。 10. 最高发射脉冲重复频率：指每秒钟发射脉冲次数。在搜索缺陷时，探头在工件上来回移动，为提高工作效率，移动速度可能很快，在二次发射脉冲之间，探头可能移动了很大距离，有可能造成缺陷漏检，提高重复频率后，能减少二次发射脉冲之间探头移动的距离，能有效减少缺陷漏检的可能性。这是一个很重要的指标。对手工探伤，最高发射脉冲重复频率200Hz巳足够了(能适应探头500mm/S的移动速度，每发射一次，探头移动2.5mm) 。实际工作时，并非重复频率越高越好，在探测距离远时，为避免产生幻波干涉（指上一次发射的波多次反射后还末衰减到足够小而开始下一次发射，混在一起产生干涉），要降低重复频率，很多机型有联动功能，在探测距离增加时，能自动降低重复频率，使用起来比较方便。手动改变重复频率也是很有用的，为区别幻波，强制降低重复频率后，幻波会消失，故最好二种功能都有。目前大部分机型重复频率可调，而且大都超过200Hz以上，有的可高达2000Hz，这对手工探伤没什么用处（可能还会产生幻波），仅少量老机型固定为60Hz，往往就不再列出该指标了。 11. 阻尼电阻阻值范围：指装在仪器内部，并联在探头上的电阻阻值。探头上并联电阻后能改善探头阻尼，使探头余振尽快衰减，可以提高分辨率，但探头灵敏度也随之降低。在近距离探伤时，分辨率是主要矛盾，灵敏度是足足有余，故阻尼电阻值应选小些，以增加阻尼。在远距离探伤时，灵敏度变重要了，应增加阻尼电阻值。阻尼电阻值一般最小50Ω，最大400Ω，分2到4挡切换，灵敏度可能会随之改变2到10dB。不过探头阻尼好坏主要取决于探头制造技术，靠阻尼电阻改善作用有限，而且会降低灵敏度。每增加一挡阻尼电阻阻值，就要增加一个继电器切换，仪器输入电路过多的另件会增加受干涉的可能，故有的仪器采取阻尼电阻不可调，取中间值100到200Ω也是可以接受的。 12. 通道数量：指可以预先存储不同探伤参数的数量。为探某一工件，在各探测面上，可能要用不同规格的探头，参数设定也不相同，可在探伤前用不同的通道，预先设定好各项参数，到现场更换不同探头后，只要切换到原先校调的通道，就能开始探伤。所需通道数量视另件品种及探测面要求而定，一般有20个通道足够了，当然多多亦善。 13. 回波波形存储数量：在探到缺陷回波时，可把该幅波形储存下来，供以后出探伤报告用，没有缺陷部分的波形图有无穷多个，没有必要储存，一个班次下来，能探到100多个缺陷也不多见，当然最大存储数多多亦善。 14. A/D采样频率及位数（bit数）：数字机把模拟信号通过A/D模数转换器，转换成数字信号的速率及精度。当然频率越高，位数越多就越能精确地把模拟信号转成数字信号，以后越能逼真地重构显示波形和测量参数。当采样频率达到探头频率10到20倍已足够好了，位数只要满足显示屏垂直分辨率就够了，目前大多数仪器显示区的垂直分辨率为1/200，8位A/D就够了，高度测量分辩率为0.5%。有部分仪器显示区的垂直分辨率为1/400，理论上用9位A/D，高度测量分辩率应为0.25%。但由于受到机内各种干涉，波形高度的跳动(或称抖动) 往往很难做到小于全高的0.5%，所以9位10位A/D没什么意义（即高精度的部件做不出高精度的产品），还是实际看看回波高度抖动量更有用。采样频率分实时采样或等效采样，等效又分多次合成还是数字滤波。实时采样要做到100MHz以上有很大难处，有的厂商只标采样频率例如160，320，400，没有详细说明，让人猜不透。采样频率和最小满刻度声程也有一定关系的，大多数数字机在设定最小满度声程时，显示屏上一个点阵对应一个采样点，在此假设下即可推算出采样频率F = (NV) / (2000S)。N为满声程刻度显示屏点阵数，一般为240到256点，V为材料声速，单位M/S，S为最小满刻度声程，单位mm，F单位为MHz（兆赫），常数2000是反射法探伤关系。F值越高S值可做得越小，一般为8mm左右，国产机中有小于2mm的，更有0.5mm，不过没多大用处。 15. 有无射频显示：此功能用处不大。老资格的探伤员有时可通过分析射频波形来分析缺陷性质，如无射频显示功能，也可通过切换正负检波来替代。 16. 抑制范围：指把小于某一高度的波形抑制掉，不于理采。在模拟机上，要把抑制范围做大是相当困难的，但在数字机上，只要改变一条指令值，抑制范围1%或99%是同样方便。建议尽量不用抑制功能，以免漏掉小的缺陷波。99%的抑制太大了，毫无实用价值，误用后，会什么也看不见。 17. 测声速，测探头零点，测K值，做曲线，缺陷定位，缺陷当量，波峰记忆，回波包络，自动增益，回波展扩，冻结：这些功能已经成为数字机的必备功能，已无什么差别，只是在操作难易程度上有些不同，还有一些各家不同功能，实在难以包罗万象，如大家感兴趣，以后再补充介绍。
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