我們知道,超聲測(cè)量?jī)x器,無(wú)論是測(cè)厚儀還是探傷儀,本質(zhì)上都是“計(jì)時(shí)儀器”,即記錄脈沖的發(fā)送和接收、計(jì)算“發(fā)送”和“接收”的時(shí)間差、乘以輸入的超聲波在被測(cè)介質(zhì)中傳遞的速度(即該介質(zhì)中的超聲波聲速),由此得出介質(zhì)的厚度、或者是缺陷的在介質(zhì)中的位置。兩者的差異,概括而言,“超聲波測(cè)厚”更關(guān)注脈沖信號(hào)記錄的精確性和唯一性,而“超聲波探傷”更關(guān)注脈沖信號(hào)的深度傳遞和信號(hào)捕捉的全面性(即不可遺漏、不可錯(cuò)過(guò))。
通常情況下,超聲測(cè)厚不需要超聲波傳遞得太遠(yuǎn)(如果太厚,就不需要太精確的測(cè)量了),所以在超聲測(cè)厚中,儀器的標(biāo)稱范圍,其上限一般都會(huì)是508mm,這個(gè)上限數(shù)值是一種“歷史沿革”,即最早的超聲波測(cè)厚,有幾個(gè)邊界條件:
1,介質(zhì)的超聲波聲速在5900m/s上下;
2,只考慮超聲波在介質(zhì)中的散射衰減、且該衰減水平與普通碳鋼(比如45#鋼)相近;
3,儀器的電路結(jié)構(gòu)所能給予換能器(也就是探頭)的能量是有限的;
4,需要多個(gè)探頭的交替使用才能覆蓋全量程。
自超聲測(cè)厚技術(shù)誕生至今,材料學(xué)和工藝學(xué)的發(fā)展豐富多彩,被測(cè)介質(zhì)的聲學(xué)特性也呈現(xiàn)出令人眼花繚亂的多樣性,因此,在超聲測(cè)厚技術(shù)的應(yīng)用和超聲測(cè)厚儀器的選擇上,不能圉于傳統(tǒng)的認(rèn)知。
超聲測(cè)厚儀器的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用,已歷時(shí)百年、歷經(jīng)“五代”。
第一代儀器,采用的是“始脈沖——回波”技術(shù)。
即,以“換能器的晶振片起始脈沖”和“第一次底面回波”的時(shí)間差為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算厚度。國(guó)內(nèi)的普通測(cè)厚儀基本上都是這種技術(shù)。
第二代儀器,采用的是“界面——回波”技術(shù)。
即,事先剔除脈沖信號(hào)從晶振片開始到被測(cè)物表面的時(shí)間;
這種技術(shù)的出現(xiàn),其目的本來(lái)是為了剔除“晶振片到探頭保護(hù)膜的距離”給測(cè)厚帶來(lái)的誤差,事實(shí)上,這個(gè)“距離”,與要測(cè)的厚度通常不在一個(gè)數(shù)量級(jí)上,因此,其適用性只在一個(gè)很窄的范圍內(nèi)才有意義。這種技術(shù)自本世紀(jì)初,在國(guó)外的儀器中開始有大量的應(yīng)用,但作為一種“權(quán)宜之計(jì)”的過(guò)渡技術(shù),很快被跨越,不到五年的時(shí)間,就讓出了它的“領(lǐng)先地位”。
第三代儀器,采用的是“回波——回波”技術(shù)。
即,以“第一次底面回波”和“第二次底面回波”的時(shí)間差為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算厚度;這種技術(shù),與“界面——回波”技術(shù)有相同的地方,即,都不用考慮“晶振片到探頭保護(hù)膜的距離”帶來(lái)的測(cè)量誤差,但同樣,只在小范圍內(nèi)才有適用意義。
這種技術(shù)得以應(yīng)用,其更大意義在于:該技術(shù)改變了儀器的電路結(jié)構(gòu),使得儀器可以給換能器(探頭)更大的能量、并能更好地分檢回波信號(hào),因此,應(yīng)對(duì)“信號(hào)衰減”,采用這種技術(shù)的儀器比前兩代儀器有了質(zhì)的提升;也因此,“回波—回波”,成了迄今為止先進(jìn)超聲波測(cè)厚儀共同的技術(shù)基礎(chǔ)。
第四代儀器,采用的是“A掃描信號(hào)測(cè)厚”技術(shù)。
前面三代都是“讀數(shù)型測(cè)厚儀”,不管讀哪幾次波,最終都是靠事先設(shè)定的程序由儀器來(lái)判定和計(jì)算的。而“A掃測(cè)厚儀”則是將所有的信號(hào)都顯示在屏幕上,由操作者自行判斷、并且可以計(jì)算任意兩次波的時(shí)間差,也就是說(shuō),將測(cè)量的主動(dòng)權(quán)交給了操作者,這對(duì)于分析型測(cè)厚、以及雜波信號(hào)較多的測(cè)厚非常有幫助;
第五代儀器,采用的是單晶探頭。
前面四代測(cè)厚儀,使用的都是雙晶探頭(只有在超薄件測(cè)厚中,才有專門的機(jī)型使用高頻單晶探頭),而雙晶探頭,由于晶振片排列的結(jié)構(gòu)性因素,超聲波的傳遞呈現(xiàn)出一個(gè)“V”型路徑,這意味著,晶振片發(fā)射和接收信號(hào)的有效面積勢(shì)必受到“V”路徑的影響,也就是說(shuō),每個(gè)雙晶探頭的測(cè)厚范圍受晶振片直徑、晶振片斜角的影響較大。