南京相控陣探傷儀校準(zhǔn)修正方法

超聲相控陣檢測技術(shù)的聲束發(fā)射和聲束接受與A型掃描超聲波檢測類似，都基于超聲波脈沖發(fā)射法的原理，相控陣儀器發(fā)射電脈沖激發(fā)探頭晶片，晶片發(fā)生逆電壓效應(yīng)產(chǎn)生超聲波脈沖聲束，系統(tǒng)通過聲束入射到反射體的發(fā)射與接收時(shí)間的關(guān)系，自動計(jì)算出發(fā)射體的聲程、深度、水平距離并顯示在儀器屏幕上。因此，為了讓儀器顯示的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，在實(shí)施檢測前應(yīng)對儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。超聲波相控陣校準(zhǔn)分四個(gè)步驟依次進(jìn)行，聲速校準(zhǔn)、延遲校準(zhǔn)、靈敏度校準(zhǔn)（ACG修正）以及TCG修正。本文以奧林巴斯儀器為例講解各類校準(zhǔn)的方法。

一、聲速校準(zhǔn)

原理：相控陣扇形掃查、線性掃查分別與A型掃描超聲波檢測斜探頭、直探頭的方法相似。扇形掃查的聲束入射到兩個(gè)半徑為50mm與100mm的同心圓，線性掃查聲束入射兩個(gè)不同厚度的試塊，系統(tǒng)通過入射到兩個(gè)反射體的發(fā)射與接收時(shí)間關(guān)系計(jì)算出聲速。校準(zhǔn)聲速的目的是讓儀器計(jì)算的聲速與被檢工件聲速相近，減少測量誤差。

（1）扇形掃查：調(diào)節(jié)角度指針至設(shè)置的扇形掃查范圍中心角度。例如：扇形掃查范圍為30°-70°，調(diào)節(jié)角度指針至50°。將探頭置于CSK-IA試塊，前后移動探頭找到兩個(gè)同心圓的較大反射回波，固定探頭，分別移動閘門套住回波依次“得到位”，確定完成聲速校準(zhǔn)。

（2）線性掃查：移動探頭找到探頭較大回波，閘門依次套住回波“得到位”，確定完成聲速校準(zhǔn)。

注意事項(xiàng)：校準(zhǔn)聲速的過程中應(yīng)注意溫度變化，應(yīng)事先了解被檢測材料的聲學(xué)特性等。

二、延遲校準(zhǔn)

相控陣的超聲波脈沖發(fā)射裝置由探頭晶片與楔塊組成，延遲激發(fā)晶片發(fā)射超聲波形成扇形聲速，各角度聲束經(jīng)過楔塊與耦合層到達(dá)工件接觸面所需要的時(shí)間，紅色線為個(gè)角度聲束的延遲。雖然在儀器初始設(shè)置過程中輸入了探頭與楔塊等相關(guān)參數(shù)，但是輸入的參數(shù)與時(shí)間參數(shù)的誤差，楔塊磨損，掃查角度，耦合劑等因素都會影響實(shí)際的延遲數(shù)值。

      超聲相控陣延遲采用橫孔校準(zhǔn)，每個(gè)聚焦法則形成的聲束入射到相同深度的橫孔，系統(tǒng)通過入射到橫孔的發(fā)射與接收時(shí)間，自動將每個(gè)角度的聲束延遲校準(zhǔn)到平衡位置。

方法：超聲相控陣的延遲常采用CSK-IA試塊深度為15mm的φ2橫通孔校準(zhǔn)，將閘門鎖定的深度設(shè)置為10-20mm。探頭放置在CSK-IA試塊上前后移動探頭，一次選擇“校準(zhǔn)”、“確定”完成延遲校準(zhǔn)。

三、靈敏度校準(zhǔn)

原理：《相控陣超聲檢測方法意見征求稿》第10.1.3條規(guī)定：為避免角度靈敏度差異，在校準(zhǔn)前也可先進(jìn)行ACG修正即靈敏度校準(zhǔn)。儀器對相同深度、補(bǔ)貼聲程處相同尺寸反射體的回波進(jìn)行增益修正，使之達(dá)到相同幅值（一般達(dá)到波高80%）。所謂的靈敏度校準(zhǔn)也就是ACG修正，因此，也可以采用半圓弧來校準(zhǔn)，儀器對扇形掃描中不同角度波束在同一聲程處相同反射體的回波進(jìn)行增益。

方法：與延遲校準(zhǔn)方法類似，采用CSK-IA試塊深度為15mm的φ2橫通孔校準(zhǔn)，將閘門鎖定的深度設(shè)置為10-20mm。探頭放置在CSK-IA試塊上前后移動探頭，選擇“校準(zhǔn)”將每個(gè)角度的回波達(dá)到相同的波幅（波高80%），“確定”完成延遲校準(zhǔn)。

四、TCG修正

原理：TCG也稱為時(shí)間增益修正，儀器對不同聲程處相同尺寸反射體的回波進(jìn)行增益修正，使之達(dá)到相同幅值。修正后得到的是一條直線，即所有深度的相同直徑的橫通孔的反射波高都是一樣的。

TCG特點(diǎn)：（1）因?yàn)樗猩疃鹊南嗤睆降臋M孔的反射波高都是一樣的，所以TCG是一條直線，不像DAC是近高遠(yuǎn)低的曲線，在屏幕上顯示不完全，顧得了頭就顧不了尾；（2）由于TCG直接動用增益進(jìn)行補(bǔ)償，所以進(jìn)出的檢測靈敏度自動降低，遠(yuǎn)處的檢測靈敏度自動提高，不但波形觀察方便，而且實(shí)際的檢測靈敏度比DAC高。

方法：《相控陣超聲檢測方法意見征求稿》規(guī)定TCG校準(zhǔn)應(yīng)采用CSK-IIA系列試塊，但是在實(shí)際校準(zhǔn)中通常采用CAK-IIIA試塊或RB-2(RB-3)試塊（相控陣超聲TCG校準(zhǔn)試塊選擇和傳統(tǒng)A型掃描超聲波檢測相似，根據(jù)檢測標(biāo)準(zhǔn)的要求來選擇）。

相控陣超聲TCG修正和傳統(tǒng)A型掃描超聲檢測相似，選擇不同深度的橫孔，通過閘門自動鎖定每個(gè)角度的較大反射回波，并采集該回波信號。通過系統(tǒng)增益補(bǔ)償讓每個(gè)角度的聲束回波達(dá)到相同幅值。選擇點(diǎn)，繪制TCG曲線。