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標題: 方波，你到底是怎樣的？ [打印本頁]
      

      
作者: 糟老頭子    時間: 2012-4-10 21:37
      
標題: 方波，你到底是怎樣的？
      各位前輩，你們好！小弟初做探傷，屬于骨灰級菜鳥。很多問題甚是疑惑。這不，前不久在奧林巴斯的一款超聲波探傷儀器上發現一個“方波”的選項，初次聽到這玩意，甚是好奇。回來百度，google搜索一番，了解了一些“方波”的特性：1 波形非正弦曲線，而是矩形的  2 適合檢測衰減大的材料，雜波比較少。。。
      
一番折騰后，還是一頭霧水。在鑄件（直徑2米左右）上做實驗，效果好像還不錯。特地前來咨詢各位前輩：方波到底是什么波？為什么適合檢測衰減大的材料？
      

      

      
因為我是賣這種儀器的，弄清楚點好給客戶解答問題。還望各位前輩多多賜教，小弟先拜謝各位
      

      
作者: 丁偉臣    時間: 2012-4-10 21:49
      
觸發脈沖為方波，加強觸發的能力，以增加穿透范圍。
      
作者: 糟老頭子    時間: 2012-4-10 23:57
      

      丁偉臣 發表于 2012-4-10 21:49 
      
觸發脈沖為方波，加強觸發的能力，以增加穿透范圍。

      
丁工，您好。看了很多您的發言，就三個印象“博學，好學，樂于助人”   實在使我等后輩學習的榜樣啊
      

      
您可否說的再詳細一點：怎樣觸發得到方波的？ 方波和普通的正弦波比為什么有高的穿透能力？
      

      
作者: 丁偉臣    時間: 2012-4-11 08:31
      
具體內容見ASNT UT HANDBOOK。
      
作者: 強天鵬    時間: 2012-4-11 10:49
      
與尖脈沖相比，方波激發的超聲信號頻帶更寬，脈沖更窄。用這樣的信號進行檢測，信噪比更高，分辨力也更高。
      

      
以下內容可能對你了解方波激發脈沖的特點有些用處——雖然是討論TOFD技術的，但同樣適用于脈沖反射法。該內容摘自強天鵬主編《衍射時差法（TOFD）超聲檢測》第三章：
      
3.1.4  電壓脈沖特性
      
        超聲波脈沖是電壓脈沖施加在換能器上使之振動而產生的。雖然應用尖波脈沖也可產生超聲波，但是矩形脈沖應用在TOFD系統中表現出更好的可控性和調諧性，因此現有的TOFD系統施加在探頭上的電壓脈沖都是單極性或雙極性矩形脈沖。單極性矩形脈沖由一個正向階躍脈沖和一個在一定延時后的負向階躍脈沖的疊加構成；雙極性矩形脈沖由兩個反相的矩形脈沖疊加構成（圖3.3）。正向階躍脈沖（矩形波上升沿）或負向階躍脈沖（矩形波下降沿）都能激發換能器振動產生聲脈沖。這樣一來，一個單極性矩形脈沖可使晶片發生兩次振動，而一個雙極性矩形脈沖可激發探頭換能器振動三次。
      
       
      
圖3.3  單極性和雙極性矩形脈沖
      

      
圖3.4  電脈沖觸發超聲脈沖
      

      
        電脈沖特性會影響超聲脈沖的質量，因此對其有嚴格要求。TOFD系統使用的矩形電壓脈沖的主要特性數據包括：脈沖寬度、脈沖上升時間和脈沖高度。
      
        1、脈沖寬度
      
        TOFD系統所使用的矩形脈沖的寬度應是可調的，通常約在25至500 ns。
      
        脈沖寬度的選擇是非常重要的，它有助于優化超聲脈沖信號的形狀。矩形脈沖的第一個邊使該晶體元件產生振動，矩形脈沖的第二個邊同樣使該晶體元件再次產生振動，但是超聲脈沖的相位與第一個振動的相位是相反的，相差180度，如圖3.4所示。
      
        這兩個超聲脈沖通常會重疊并彼此干涉。改變脈沖寬度可以使周期中不同部分加強或者減弱。如圖3.5所示，如果想使兩個超聲脈沖組成一個單一頻率的更強信號，則應將脈沖寬度設置成該頻率周期的一半（5MHz時使用100 ns），通過疊加信號加強，獲得一個振幅更大的信號，但是它余波變長。
      
        如果脈沖寬度設置為該超聲波頻率的一個周期（對于5MHz設置為200ns），則一個周期后，兩個信號反相，疊加可獲得一個很小振幅的信號，但余波振動也減少了。低周期數振動的脈沖稱為短脈沖，對TOFD技術是有意義的，為了分辨小缺陷的上端點和下端點衍射信號，希望探頭發出的超聲信號是短脈沖。
      

      
圖3.5  不同脈沖寬度對超聲波形的影響
      

      
        在實際應用中，一個探頭包含有一定范圍的頻率，最優的脈沖寬度應通過試驗來獲得。試驗方法為：將底面反射波信號設置為大約60%FSH，從該探頭中心頻率的一個周期開始校準脈沖寬度。但有時因為探頭頻率范圍較大，激勵脈沖的寬度對波形的影響并不大。
      
        2、脈沖上升時間
      
        圖3.6中所示的矩形脈沖是理想波形，其電壓上升和下降時間均為0。理想的階躍脈沖是不可能實現的，實際脈沖發生器所產生的矩形波電壓并不能立即上升和下降，階躍脈沖的電壓由一個電平變化到另一個電平必定要占一定的時間，使電壓上升有一定的
      
坡度，如圖3.6所示。因此定義了上升時間和下降時間： 
      

      
圖3.6   矩形脈沖的非理想波形
      
        上升時間：從脈沖幅值的10%上升到90%所經歷的時間，即圖3.6中t1。 
      
        下降時間：從脈沖幅值的90%下降到10%所經歷的時間，即圖3.6中t2。
      
        脈沖上升或下降時間影響超聲脈沖波形和TOFD檢測精度和分辨力，因此要求盡可能短。這一時間越短，階躍脈沖的高頻諧波越多。在線性響應模型中，探頭上被激發出某頻率的振動能量來自驅動電壓在該頻率的能量，驅動電壓高頻諧波越多，越能激發探頭的高頻振蕩，使探頭響應的相對帶寬也越大，脈沖更窄。TOFD系統所使用的矩形脈沖，上升時間應小于等于50ns。
      
        3、脈沖高度
      
        脈沖高度就是矩形脈沖的電壓振幅，電壓越高，激勵的超聲脈沖能量就越大。TOFD系統使用的脈沖電壓取決于探頭的頻率和晶片元件的類型。TOFD檢測有時需要使用高頻探頭，高頻探頭的材料很薄，容易破碎，為避免損壞壓電晶片，需要控制發射脈沖的電壓不能太高，但同時又要兼顧檢測的靈敏度。TOFD系統使用的脈沖電壓一般從100V至400V。
      
作者: 糟老頭子    時間: 2012-4-11 11:53
      

      強天鵬 發表于 2012-4-11 10:49 
      
與尖脈沖相比，方波激發的超聲信號頻帶更寬，脈沖更窄。用這樣的信號進行檢測，信噪比更高，分辨力也更高。 ...

      
強老師，你好！請問您主編的這本書有沒有電子版的？ 有的話在哪里下載？因為您的回復中沒有圖片
      
作者: liuhonghui    時間: 2012-4-12 09:43
      
 本帖最后由 liuhonghui 于 2012-4-12 10:17 編輯 
      

      
學習了
      

      
作者: 梁金昆    時間: 2012-4-13 10:23
      
 本帖最后由 梁金昆 于 2012-4-13 10:25 編輯 
      

      
強總在電脈沖激發晶片理論上做出了貢獻，理論高度超過了我看過的所有資料！真正的糟老頭子致敬！！
      
作者: 糟老頭子    時間: 2012-4-13 17:40
      
我在學校學習的ut教材，強總是副主編   向您致敬！
      
作者: 天府花生    時間: 2012-4-20 07:26
      
學習了，謝謝強總和丁工的解答
      
作者: omap3530    時間: 2012-4-29 11:12
      
{:soso_e113:}我們公司前幾年整理的!
      
作者: 糟老頭子    時間: 2012-4-29 20:26
      

      omap3530 發表于 2012-4-29 11:12 
      
我們公司前幾年整理的!

      
這份資料我看過，但還是沒看明白 可否講解下呢？
      
作者: omap3530    時間: 2012-5-2 09:04
      

      糟老頭子 發表于 2012-4-29 20:26 
      
這份資料我看過，但還是沒看明白 可否講解下呢？

      


      
這篇文章寫得很詳細!
      
[attach]2776[/attach]
      
作者: 糟老頭子    時間: 2012-5-4 09:04
      

      omap3530 發表于 2012-5-2 09:04 
      
這篇文章寫得很詳細!

      
就算是我英文看不懂，我還要忍不住贊美你：你這種奉獻的精神實在是太好了！
      
作者: wjjxuey    時間: 2013-1-6 10:38
      
好資料，好解答。。。感謝強總解釋，以前在TOFD學習班的又差不多忘了
      
作者: 霞起云飛    時間: 2013-1-6 19:53
      
是兩種不同的脈沖波
      
作者: 夜盡天微明    時間: 2013-2-19 12:21
      
來學習了{:soso_e100:}
      
作者: 翔云    時間: 2013-3-14 11:03
      
觸發脈沖為方波，加強觸發的能力，以增加穿透范圍
      
作者: jsslong    時間: 2013-3-19 12:03
      
頂樓上！
      
作者: 探傷工    時間: 2013-3-20 10:42
      
我從物理層解釋一下吧。
      
晶片的起振原理大家都知道，電和力之間的轉換。晶片的振動是根據電壓的變化而運動的，也就是所謂的激發脈沖的上升沿或者下降沿的推動。方波的幾個重要參數有，電壓幅度，脈寬和上升與下降時間等。
      
一般來講，方波激發的脈寬是探頭中心頻率的半波。為什么是這個參數呢？
      
下降沿將晶片朝一個方面推動，這個時間要求非常短（下降沿要很陡峭），隔半個周期，晶片開始往另外一個方向運動的時候，我們再用上升沿給晶片推一把。
      
這樣的話，跟尖脈沖對比，相當于激發了兩次。顯然能量要更大了。所以，在相同的探頭和儀器前端電阻抗相同的情況下，相同幅度的方波要比尖脈沖能量大。至于大多少，還跟其他的幾個因素有關，有機會再細談。一般來講，都會大6dB左右。
      
另外，換一個角度，我們從頻譜的角度來看待，
      
方波的傅立葉變換是帶通濾波器，尖脈沖是低通。而探頭本身也是一個帶通濾波器。我們得到的信號是激發脈沖和探頭本身的卷積，從結果來看，方波具有選擇頻率的特性，所以，信噪比要更好。
      
不知道這樣的解釋大家能否理解？{:soso__3110130392203091378_3:}
      
作者: gja520    時間: 2016-1-5 14:19
      
頂樓上！
      
作者: ccsccscao    時間: 2016-5-13 13:54
      
學習了
      

      
作者: keeylee    時間: 2016-7-6 15:29
      
國家需要這樣的專家專注于細節。
      
作者: M2M中國    時間: 2017-2-22 15:16
      
強總，非常全面的解釋！
      

      
作者: 李志軍    時間: 2017-2-25 21:44
      
學習了  謝謝
      
作者: youyuanli    時間: 2017-3-31 15:45
      
學習了，講的很透徹，致敬~
      





      

      

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