超声波探伤检测中灵敏度及分辨力的探讨

超声检测灵敏度及分辨力的探讨【灵敏度和分辨力（超声波检测技术）】
1.灵敏度和分辨力的定义
1.1 广义的定义
1.1.1灵敏度 sensitivity
定义1：仪表、传感器等装置与系统的输出量的增量与输入量增量的比。
定义2：计量仪器的响应变化值除以相应激励变化值。
定义3：系统参数的变化对系统状态的影响程度。
1.1.2分辨力 resolution
定义1：导致标示值发生可观察到的被测量或供给量的最小变化。
定义2：仪器仪表能有意义地辨别被指示量两紧邻值的能力。
1.2 在超声检测中的定义
1.2.1灵敏度
超声检测中灵敏度是指整个检测系统（仪器与探头）发现最小缺陷的能力。发现的缺陷越小，灵敏度就越高。
1.2.2分辨力
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。
2.超声检测灵敏度和分辨力
超声检测灵敏度与频率有关，超声检测灵敏度约为λ/2，由λ = c/f 可知，频率越高，越有利于发现更小缺陷。
超声波探伤分辨力分为近场分辨力（盲区）、远场分辨力。
近场分辨力主要取决于始脉冲占宽和仪器阻塞效应。
远场分辨力又可分为纵向分辨力、横向分辨力。
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），称纵向分辨力。纵向分辨力主要取决于始脉冲占宽和探测灵敏度。
探头平移时，分辨两个相邻反射体的能力称为横向分辨力。横向分辨力取决于声速的宽度。
在工件的入射面和底面附近，可分辨的缺陷和相邻界面间的距离，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。
3.超声检测分辨力的测定
3.1直探头（纵波）分辨力的测定：
3.1.1将仪器的抑制旋钮调至“0”，其他旋钮位置适当。
3.1.2将探头置于CSK－ⅠA试块上，前后移动探头，使显示屏上出现声程为85、91、100的三个反射波A、B、C。
3.1.3当A、B、C不能分开时，分辨力F1为：F1 = 20lg（a/b）dB。
3.1.4当A、B、C能分开时，分辨力F2为：F2 = 20lg（c/a）dB。
JB/T4730—2005标准中规定，直探头远场分辨力大于等于30dB。
3.2.2斜探头（横波）分辨力的测定：
3.2.1将仪器的抑制旋钮调至“0”，其他旋钮位置适当。
3.2.2将探头置于CSK－ⅠA试块上，对准Φ50㎜、Φ44㎜、Φ40㎜三个阶梯孔，使显示屏上出现三个反射波。
3.2.3移动探头并调节仪器，使Φ50㎜、Φ44㎜回波等高，其波峰为h1，波谷为h2，则其分辨力F3为：F3 = 20lg（h1/h2）dB。
    JB/T4730—2005标准中规定，斜探头远场分辨力大于等于6dB。
4.超声波探伤仪和探头频率对灵敏度和分辨力的影响
4.1超声波探伤仪
超声波探伤仪主要由同步电路、扫描电路、发射电路、接受电路、显示电路和电源电路等组成。发射电路的发射强度越大，仪器灵敏度越高，但发射脉冲变宽，分辨力变差。接收电路影响检测灵敏度和分辨力，接受电路必须具有约105的放大能力。KV = 20lgU出/U入dB，一般检测仪的电压放大倍数可达104～105倍，相当于80～100dB。
4.2探头频率
超声检测频率一般在0.5～10MHz之间，选择范围大。在选择频率时应明确以下几点：
1.由于波的绕射，使超声波检测灵敏度约为λ/2，因此由λ = c/f 可知，提高频率，有利于发
现更小缺陷。
2.频率越高，脉冲宽度越小，分辨力也就越高，有利于区分相邻缺陷且缺陷定位精度高。
3.由θ0 = arcsin1.22λ/ D可知，频率越高，波长越短，半扩散角就越小，声束指向性也就越好，能量集中，发现小缺陷的能力也就越强，但相对的检测区域也就越小，仅能发现声束轴线附近的缺陷。
4. 由N = D2/4λ可知，频率越高，近场区长度越大，对检测不利。
因此在实际检测中要综合考虑探头频率对半扩散角和近场区长度的影响，合理选择探头频率。一般是在保证检测灵敏度的前提下尽可能减少近场区长度。