数字超声探伤仪的分辨率与分辨力

赵亮

摘 要：数字超声波探伤仪显示器分辨率与采样频率直接决定了超声波检测仪扫描基线一屏显示的最小范围，并间接影响了每一像素点代表的毫米数即扫描基线的精度；而其分辨力是指能够对一定大小的两个相邻反射体提供可分离指示时两者的最小距离。

关键词：分辨率；采样频率；扫描基线；分辨力

中图分类号：TG115.28 文献标志码：A

1 存在问题

针对国内一些生产数字超声波探伤仪的厂家，对有关数字超声波仪器有关概念的模糊不清，如某型号数字超声波探伤仪使用说明书中的突出特点1、2，就存在着——

分辨率与分辨力概念模糊不清；

“测量分辨率0.1mm”与其工作频率0.5MHz～20MHz不对应。

2 对超声波探伤仪有关概念问题的认识

2.1 对数字超声波探伤仪显示器分辨率的认识

显示器的分辨率是指显示器所能显示的像素点数的多少。一块显示器的画面是由若干横向与纵向间隔相同的点线有序排列组成的，如一列横向点线的点数是640点，一列纵向点线的点数是480点，这块显示器的“分辨率”就是640×480（共307200个点）。由于屏幕上的点、线和画都是由点组成的，显示器可显示的点数越多，画面就越精细、越清晰，响应速率就越快。

2.2 对数字超声波探伤仪分辨力的认识

超声检测系统的分辨力是指能够对一定大小的两个相邻反射体提供可分离指示时两者的最小距离。由于超声脉冲自身有一定宽度，在深度方向上分辨两个相邻信号的能力有一个最小限度（最小距离），称为纵向分辨力。在工件的入射面和底面附近，可分辨的缺陷和相邻界面的距离，称为入射面分辨力和底面分辨力，又称上表面分辨力和下表面分辨力。实际检测时，入射面分辨力和底面分辨力与所用的检测灵敏度有关，检测灵敏度高时，界面脉冲或始波宽度会增大，使得分辨力变差。探头平移时，分辨两个相邻反射体的能力称为横向分辨力。

3 对数字超声波探伤有关问题的分析理解

3.1 对数字式超声波探伤仪分辨率与采样频率的分析理解

3.1.1 对数字式超声波探伤仪分辨率的理解

数字超声波探伤仪显示器分辨率是指显示器所能显示的像素点数的多少。

针对大多数数字超声探伤仪可知，其显示器分辨率是640.0×480.0，即扫描列数为640.0列，行数为480.0行（大多数数字超声探伤仪显示器分辨率都是640.0×480.0）。每一列上有480.0个像素点，每一行上有640.0个像素点，整个屏幕是由640.0×480.0个像素点组成的点阵，这个点阵数就是显示器的分辨率。

显示器下方带有刻度的水平线段称作扫描基线，扫描基线相当于尺的功能，检测时依据缺陷反射回波在基线上出现的位置，确定缺陷在工件中的位置。

扫描基线形成尺的过程：就是利用检测仪的软件功能，将扫描基线与数字超声探伤仪显示器某一行像素点重合，将部分像素点作为扫描基线上的刻度，每一像素点代表一定的mm数，使扫描基线间接起到尺的作用。

3.1.2 数字式超声波探伤仪分辨率的作用

根据3.1.1分析可知：

（1）显示器分辨率直接决定了超声波检测仪扫描基线一屏显示的最小范围，并间接影响了每一像素点代表的毫米数即扫描基线的精度。

（2）在满足采样速度的前提下，应尽量采用较低的采样频率，以便达到降低整机功耗的目的。尽量采用高分辨率的显示器，以便满足扫描基线的精度与探头扫查速度要求。

3.2 对数字式超声波探伤仪分辨力的分析理解

3.2.1 超声波分辨力的概念与决定因素

超声波检测将分辩相邻两个缺陷间隔距离的能力称作分辨力。超声波的分辨力是由波长l决定，波长l=C/f，f=频率、C=声速。

3.2.2 对数字式超声波探伤仪分辨力存在问题的提出

由数字超声波探伤仪使用说明书当中的突出特点1、2可知数字超声探伤仪，说其“测量分辨率0.1mm，工作频率0.5MHz～20MHz”，表述的是否正確？若不准确，其“测量分辨率0.1mm，工作频率0.5MHz～20MHz”改为“分辨力为0.1mm，工作频率0.5MHz～20MHz”，是否就可以实现？如能实现所用探头频率是多少MHz？

3.2.3 对数字式超声波探伤仪分辨力存在问题的分析理解

超声波的频率由探头中压电晶体的厚度决定，如果横波声速为3240.0m/s，压电晶体的厚度、超声频率、超声波的波长、分辨力之间的关系如下：

当晶体厚度为0.82mm、频率为2.5MHz时，其超声波的波长约为1.3mm，其分辨力为2.2mm；当晶体厚度为0.2mm、频率为10.0MHz时，其超声波的波长约为0.33mm，其分辨力为0.55mm；当晶体厚度为0.05mm、频率为40.0MHz时，其超声波的波长约为0.09mm，其分辨力为0.15mm；当晶体厚度为0.0125mm、频率为160.0MHz时，其超声波的波长约为0.02mm，其分辨力为0.033mm；当晶体厚度为0.0062mm、频率为320.0MHz时，其超声波的波长约为0.01mm，其分辨力为0.016mm。

（1）通过以上数据不难看出，如果分辨力是0.1mm（介于表中的0.068mm～0.15mm），则波长l=0.041mm～0.09mm，若要求超声频率为40.0MHz～80.0MHz，可是他们的仪器通频带范围却是0.5MHz～20MHz，也就是说频率在40.0MHz～80.0MHz的超声信号在数字超声波仪器中都不能够被接收与放大的，更不要谈160.0MHz、320.0MHz的超声频率了。

（2）压电晶体的材质，类似于我们所用的碗之类的一种陶瓷，想一想，若是将某一种陶瓷材料的厚度做到0.025mm～0.05mm的厚度范围，谁可以做到？

（3）众所周知，CSK-IA试块中的φ40.0mm与φ44.0mm的两个有机玻璃孔圆弧面的用途，就是用来验证超声波检测仪与横波斜探头分辨力的，经测试其φ40.0mm与φ44.0mm这两个圆弧面反射回波间隔为4.0mm，想想看如果间隔0.1mm时这两个反射回波还能分辨得出来吗？

（4）超声检测标准规定，相邻的两个缺陷，如果其中较小者的指示长度小于间隔距离，则按一个缺陷算。那么还有必要分辨出间隔0.1mm的两个缺陷吗？现实探伤遇到这种情况难道不按一个缺陷处理吗？

结论

我们对这款数字超声波仪器进行分析，认清了数字超声波仪器的分辨率与分辨力的相关概念与正确认识；了解了显示器分辨率直接决定的是超声波检测仪扫描基线一屏显示的最小范围，并可间接影响每一像素点代表的毫米数即扫描基线的精度；明确了分辨力与工作频率之间的对应关系；更重要的是，通过对数字超声波仪器的探讨分析，我们对其有了正确认识，在今后的工作当中，既避免了对某些概念性东西的混淆，也避免了不必要的失误。

参考文献

[1]NB/T 47013.1—2015.承压设备无损检测第1部分：通用要求[S].

[2]郑晖，林树青.超声检测[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2008.

[3]NB/T 47013.3—2015.承压设备无损检测第3部分：超声检测[S].