超聲波探傷儀、超聲波探頭、試塊及耦合劑等組成超聲波檢測系統(tǒng)，它們是超聲波探傷的重要設(shè)備。超聲波探傷儀是超聲波探傷的主要設(shè)備，它能夠快速識(shí)別出工件內(nèi)部多種缺陷（裂紋、氣孔、夾雜等），并且不會(huì)對(duì)工件造成任何損傷，廣泛適用于實(shí)驗(yàn)室與工程現(xiàn)場。

一、 按照超聲波的連續(xù)性分類

 1. 脈沖波超聲探傷儀

  這種儀器主要是通過周期性的發(fā)射不連續(xù)的脈沖波來激勵(lì)換能器產(chǎn)生超聲波，根據(jù)超聲波的傳播速度或者回波的幅值等特性判斷工件中是否有缺陷，這是目前最常用的探傷儀模式。

 2. 連續(xù)波超聲探傷儀

  這種儀器探頭向工件發(fā)射連續(xù)且頻率不變的超聲波，主要是通過觀察透過工件的超聲波強(qiáng)度的變化來判斷工件中是否有缺陷。這種儀器通常情況下靈敏度低，而且難以確定缺陷位置，大多被脈沖探傷儀器取代，不過仍舊應(yīng)用在超聲波顯像及超聲波共振測厚等方面。

3. 調(diào)頻波超聲探傷儀

  這種儀器發(fā)射的超聲波是周期性連續(xù)且頻率周期性變化的超聲波，主要是觀察發(fā)射波與回波的變化，判斷工件中有無缺陷。但其局限性是適用于檢測與探測面平行的缺陷，所以這種儀器也大多被脈沖探傷儀器取代。

二、按缺陷顯示方式分類

1. A型顯示

  A型顯示探傷儀反饋的是波形，它顯示的是超聲波回波的位置與幅度，回波的位置反映的是超聲波的傳播時(shí)間，幅度則是體現(xiàn)出了缺陷的特性。

2. B型顯示

  B型顯示探傷儀反饋的是圖像，探傷儀沿?zé)晒馄翙M坐標(biāo)方向機(jī)械掃描形成探頭的掃查軌跡，沿縱坐標(biāo)方向反饋處回波的時(shí)間（或距離），這樣就可以直觀地表示出處于某一縱面上的缺陷。

3. C型顯示

  C型顯示探傷儀反饋的也是圖像，探傷儀在橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)方向都是機(jī)械掃描來代表探頭在工作表面的位置。光點(diǎn)輝度表示探頭接收信號(hào)幅度，所以當(dāng)探頭在工件表面移動(dòng)反饋在熒光屏上便顯示出工件內(nèi)部缺陷的平面圖像，但不能顯示缺陷深度。

  A型、B型、C型三種顯示分別如圖3.17所示。

三、按超聲波的通道分類

1. 單通道探傷儀

   這種儀器在目前的超聲波檢測中應(yīng)用比較廣泛，一般是使用一個(gè)探頭或一對(duì)探頭。

2. 多通道探傷儀

   在某些場合中，單一的探頭接收的回波信息較少，所以采用多個(gè)或多對(duì)探頭同時(shí)工作，通常應(yīng)用于自動(dòng)化檢測。

四、按工作制式分類

1. 模擬式超聲探傷儀

  a. A型脈沖反射式超聲波探傷儀

    A型脈沖反射式超聲波探傷設(shè)備主要包含同步電路、發(fā)射電路、接收放大電路、掃描電路、顯示電路和電源電路等主要電路，其次有延時(shí)電路、報(bào)警電路、深度補(bǔ)償電路、標(biāo)記電路、跟蹤及記錄等附加裝置組成。電路框圖如圖3.18所示。

  工作原理：電路接通后，同步電路產(chǎn)生周期性同步脈沖信號(hào)，一方面同步脈沖觸發(fā)掃描發(fā)生器產(chǎn)生線性的鋸齒波，經(jīng)掃描放大加到示波管水平（x軸）偏轉(zhuǎn)板上，產(chǎn)生一個(gè)從左到右的水平掃描線，即時(shí)基線。另一方面觸發(fā)發(fā)射電路產(chǎn)生高頻脈沖并作用于探頭，通過探頭的逆壓電效應(yīng)將信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲信號(hào)，發(fā)射超聲波。超聲波在傳播過程中遇到異質(zhì)界面（缺陷或底面）產(chǎn)生反射，反射的回波由探頭接收。通過探頭的正壓電效應(yīng)將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送至放大電路被放大、檢波，信號(hào)電壓加到示波管的垂直（y軸）偏轉(zhuǎn)板上，使電子束發(fā)生垂直偏轉(zhuǎn)，在水平掃描的相應(yīng)位置上產(chǎn)生缺陷的回波和底面波。

 b. B型顯示超聲波探傷儀

  工作原理：同步電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)觸發(fā)探頭發(fā)射超聲波信號(hào)，同時(shí)也觸發(fā)y掃描電路，并將鋸齒波電壓施加在示波管y軸偏轉(zhuǎn)板上。施加在x軸偏轉(zhuǎn)板上的是隨探頭位置變化而變化的直流電壓，當(dāng)探頭在工件上沿直線移動(dòng)時(shí)，在顯示器上顯示出沿探頭掃描線所處的截面上的前后表面，內(nèi)部反射界面的位置、取向及深度。電路框圖如圖3.19所示。

 c. C型顯示超聲探傷儀

  C型顯示超聲波探傷儀一般由同步、發(fā)射、放大、與門、閘門、平面顯示器與機(jī)械同步組成，如圖3.20所示。

  工作原理：同步電路產(chǎn)生同步脈沖信號(hào)激勵(lì)換能器產(chǎn)生超聲波信號(hào)，傳遞到工件中，并同時(shí)觸發(fā)閘門電路以獲得閘門信號(hào)。示波管的橫縱坐標(biāo)分別表示工件探測面上的相應(yīng)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)。電位器x和y的直流電壓分別作用于控制示波管的水平和垂直偏轉(zhuǎn)板。機(jī)械同步將探頭與兩個(gè)電位器實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。探頭移動(dòng)時(shí)，把移動(dòng)的X分量與Y分量分別施加在水平和垂直偏轉(zhuǎn)板，偏轉(zhuǎn)板電壓發(fā)生相應(yīng)變化，使屏幕上的坐標(biāo)與工件探測面上的坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)。

d. 模擬式超聲波探傷儀的構(gòu)成及其功能

 模擬式超聲波探傷儀的電路框圖如圖3.21所示。

（1)組成部分及其作用

    ①. 超聲波探傷儀的協(xié)調(diào)中心是同步電路，它決定著激勵(lì)信號(hào)的重復(fù)頻率。

    ②. 發(fā)射電路主要作用是產(chǎn)生高壓脈沖作用于超聲波換能器產(chǎn)生超聲波。

    ③. 掃描電路使顯示屏上出現(xiàn)條明亮的時(shí)基線，也就是時(shí)間軸和水平掃描線。它控制著掃描速度，決定著儀器的檢測范圍。

   ④. 接收放大電路將探頭產(chǎn)生的微弱回波信號(hào)電壓放大到顯示屏的縱坐標(biāo)方向，以顯示工作電壓。它控制著儀器的增益和衰減。

（2)各主要開關(guān)和旋鈕的作用及其調(diào)整方法。

  在模擬式超聲波探傷儀面板上，合理選用開關(guān)和按鈕可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。各主要開關(guān)和旋鈕的作用及其調(diào)整方法如下：

   ①. 工作方式選擇旋鈕

   發(fā)射探頭和接收探頭分別連接到發(fā)射插座和接收插座，工作方式選擇旋鈕的作用是選擇檢測方式，即“雙探”或“單探”方式。當(dāng)選擇“雙探”時(shí)，兩個(gè)探頭的工作模式為一發(fā)一收。當(dāng)選擇“單探”時(shí)，發(fā)射插座和接收插座內(nèi)部連通，單個(gè)探頭自發(fā)自收。

  ②. 發(fā)射強(qiáng)度旋鈕

   此按鈕主要改變激勵(lì)脈沖的強(qiáng)度，增加或者減小發(fā)射功率，增大發(fā)射強(qiáng)度，有助于提高儀器靈敏度。但脈沖變寬，分辨力差。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的發(fā)射強(qiáng)度。

 ③. 增益旋鈕

   接收信號(hào)幅值可能會(huì)非常低，這樣不利于信號(hào)分析，通過調(diào)節(jié)增益旋鈕，可以改變接收放大器的放大倍數(shù)。使用時(shí)，將回波高度精確地調(diào)節(jié)到某一指定高度，將儀器靈敏度確定以后，在檢測過程中一般不再調(diào)整增益旋鈕。

  ④. 衰減器

   衰減器可以調(diào)節(jié)檢測靈敏度和測量回波振幅。用來調(diào)節(jié)靈敏度時(shí)，衰減讀數(shù)大，回波幅度低；反之，靈敏度高。用來調(diào)節(jié)回波振幅時(shí)，衰減讀數(shù)大，回波幅度高；反之，回波幅度低。

  ⑤. 深度范圍旋鈕

   此按鈕主要是調(diào)節(jié)顯示在屏幕上的檢測范圍。可以將顯示在屏幕上的回波信號(hào)間距壓縮或者擴(kuò)展。

  ⑥. 深度細(xì)調(diào)旋鈕

   深度細(xì)調(diào)旋鈕的作用是精確調(diào)整檢測范圍。調(diào)節(jié)深度細(xì)調(diào)旋鈕，可連續(xù)改變掃描線的掃描速度，從而使顯示屏上的回波間距在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化。調(diào)整檢測范圍時(shí)，應(yīng)先將深度粗調(diào)旋鈕置于合適的檔級(jí)，然后調(diào)節(jié)深度細(xì)調(diào)旋鈕，使反射波的間距與反射體的距離成一定比例。

  ⑦. 延遲旋鈕

  此按鈕可以使顯示在屏幕上的回波信號(hào)大幅度地左右移動(dòng)而不改變回波之間的距離。調(diào)節(jié)檢測范圍時(shí)，先用深度粗調(diào)旋鈕和深度細(xì)調(diào)旋鈕調(diào)節(jié)好回波間距，再用延遲旋鈕將反射波調(diào)至正確位置，通過延遲旋鈕進(jìn)行零位校正，使聲程原點(diǎn)與水平刻度的零點(diǎn)重合。

 ⑧. 聚焦旋鈕

  聚焦旋鈕可以調(diào)節(jié)電子束的粗細(xì)程度，可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)，使顯示屏波形清晰。

 ⑨. 水平旋鈕

  水平旋鈕也稱為零位調(diào)節(jié)旋鈕。通過調(diào)節(jié)水平旋鈕使掃描線連同回波一起左右移動(dòng)一段距離，回波之間的距離不發(fā)生改變。

 ⑩. 重復(fù)頻率旋鈕

  此按鈕調(diào)節(jié)的是激勵(lì)脈沖的重復(fù)頻率，即激勵(lì)脈沖的發(fā)射間隔。當(dāng)屏幕上顯示的圖案比較暗淡時(shí)，可以提高重復(fù)頻率，就會(huì)使圖案變得更加清晰。

 ?. 垂直旋鈕

  通過調(diào)節(jié)垂直旋鈕使掃描線連同回波一起上下移動(dòng)一段距離，回波之間的距離不發(fā)生改變。

 ?. 深度補(bǔ)償開關(guān)

  此旋鈕的作用是調(diào)節(jié)回波增益，減小相同形狀但不同深度的缺陷的回波高度差。

2. 數(shù)字式超聲探傷儀

 數(shù)字式超聲探傷儀整機(jī)由微處理器系統(tǒng)同步和控制，由發(fā)射、接收、數(shù)控放大器單元，數(shù)據(jù)調(diào)整實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)和分析、處理單元以及回波顯示和打印輸出等組成。

a. 數(shù)字式超聲探傷儀與模擬式超聲探傷儀的異同點(diǎn)對(duì)比

  ①. 基本組成

 如圖3.22所示為數(shù)字式超聲探傷儀的電路框圖，其發(fā)射電路與模擬式超聲探傷儀相同，接收放大電路的衰減器與高頻放大器等也與模擬式超聲探傷儀相同，信號(hào)放大后由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，輸送到微處理器進(jìn)行處理，顯示器進(jìn)行處理，模擬式超聲探傷儀上的檢波、濾波、抑制等功能可以通過對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理來完成。數(shù)字式儀器的顯示是由微處理器控制實(shí)現(xiàn)逐步逐點(diǎn)掃描，在顯示器上顯示二維點(diǎn)陣圖。發(fā)射電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換由微處理器協(xié)調(diào)各部分的工作，不再需要同步電路。

 ②. 儀器功能

  數(shù)字式超聲探傷儀的基本功能與模擬式超聲探傷儀相同，各部分功能的控制方式不同。模擬式超聲探傷儀直接通過開關(guān)對(duì)儀器的電路進(jìn)行調(diào)整；數(shù)字式超聲探傷儀采用人機(jī)對(duì)話，將控制數(shù)據(jù)輸人微處理器，由微處理器控制各電路的工作，有利于自動(dòng)檢查。

 ③. 儀器性能

 兩類儀器的發(fā)射電路、接收電路相同，因此儀器的靈敏度、分辨率基本相同。差別主要是信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換、處理及顯示部分，這部分功能直接影響對(duì)缺陷的判斷。

 b. 數(shù)字式超聲探傷儀的優(yōu)缺點(diǎn)

 ①. 優(yōu)點(diǎn)

 接收信號(hào)數(shù)字化，使超聲信號(hào)的存儲(chǔ)、記錄、再現(xiàn)、處理、分析都很方便，可以使超聲信號(hào)永久記錄，使檢測過程中重現(xiàn)更方便，同時(shí)也能從超聲信號(hào)中得到更多的量化信息；顯示器不需要傳統(tǒng)的示波器，使得儀器更便于小型化；軟件功能可以擴(kuò)展，有利于滿足不同使用場合的要求；為自動(dòng)檢測系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供條件。

②. 缺點(diǎn)

 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率、數(shù)據(jù)長度、顯示器的分辨率等直接影響信號(hào)的質(zhì)量，如果信號(hào)失真，會(huì)造成漏檢誤檢等，因此在使用過程中應(yīng)引起重視。