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標題: 為什么“頻率越高，脈沖寬度越小，分辨力也越高” ？ [打印本頁]
      

      
作者: 李濟科    時間: 2013-3-16 11:06
      
標題: 為什么“頻率越高，脈沖寬度越小，分辨力也越高” ？
          《超聲檢測》教材第171頁“2 探頭頻率的選擇” 中有下列敘述:“頻率越高，脈沖寬度越小，分辨力也越高，……”請解釋一下，為什么？
      
作者: 幻想一席微涼    時間: 2013-3-16 12:29
      
 本帖最后由 幻想一席微涼 于 2013-3-16 23:12 編輯 
      

      
脈沖寬度大小與發射電脈沖寬度、缺陷特性、及發射功率有關，頻率越高發射電脈沖寬度越窄所以脈沖寬度小
      
這里的分辨力高和波長有關波長變短分辨力變高，但這里的分辨力應是聲波傳播方向上的分辨力。
      
作者: 劉恩凱    時間: 2013-3-16 19:08
      
李老我個人看法是這樣，當然您考慮的肯定是更深層次的內容。首先，強調的是分辨力，而不是靈敏度或分辨率。即分辨兩個相鄰缺陷的能力。就想ASME標準中，探頭應能分辨處試塊上不同反射體的反射波。頻率高，聲束的半擴散角也就小。相同聲程情況，頻率高的聲束寬度小于頻率低的探頭聲束寬度。聲束寬度越窄，自然能分辨出相鄰缺陷的能力越強，個人淺見！
      
作者: 糟老頭子    時間: 2013-3-16 20:08
      
我也支持樓上的看法，但“頻率越高，脈沖寬度越小”不能理解
      
作者: 李濟科    時間: 2013-3-17 07:48
      
 本帖最后由 李濟科 于 2013-3-17 07:50 編輯 
      

      
謝謝朋友們參加討論!這里有兩個問題:1.為什么頻率越高，脈沖寬度越小？2.為什么頻率越高,(縱向和橫向)分辨力越高？縱向分辨力，似乎與脈沖寬度有關，橫向分辨力似乎與聲束寬度有關。我認為:這兩個問題，還是有意思的。
      
作者: 一彎馨月    時間: 2013-3-17 08:56
      
{:soso_e160:}
      
作者: 青島檢測    時間: 2013-3-17 14:06
      
{:soso_e163:}
      
作者: 丁偉臣    時間: 2013-3-17 19:06
      
為什么頻率越高，脈沖寬度越小？
      
脈沖寬度的描述有：-20分貝周期數、-20分貝脈沖持續時間、-20分貝波峰數等
      
如果周期數相同，頻率越高，-20分貝的脈沖持續時間越短，從而在聲束軸線上可分辨的時間越短，其對應的分辨力越高。
      
為什么頻率越高,(縱向和橫向)分辨力越高？
      
縱向分辨率由于相同周期數，從而使得脈沖持續時間變短，從而提高分辨力。橫向分辨力與聲束直徑有關，一定聲程、一定的晶片尺寸，頻率越高，聲束直徑越小，從而提高橫向分辨力。
      
作者: luolang1314    時間: 2013-3-17 21:32
      

      糟老頭子 發表于 2013-3-16 20:08 
      
我也支持樓上的看法，但“頻率越高，脈沖寬度越小”不能理解

      
“脈沖寬度是非常重要的，它有助于優化接受信號的形狀。改變脈沖寬度可以導致不同周期部分減弱或加強。如果想使兩個超聲脈沖組成單一頻率的信號，則應將脈沖寬度設置為所用探頭頻率周期的一半（例：5 MHz時使用100 ns）；為了使信號持續最低周期數，應將脈沖寬度設置為所用探頭頻率的一個周期（例：5 MHz時使用200 ns）。其中探頭頻率必須是探頭實際頻率，而不是探頭的標稱頻率。在實際工作中必須通過試驗來獲得最優脈沖寬度。”
      
作者: luolang1314    時間: 2013-3-17 21:36
      
所以對于TOFD檢測，脈沖寬度有著不一般的意義。而普通超聲檢測，脈沖寬度也有很大影響，一般不引人注意。
      
作者: 糟老頭子    時間: 2013-3-17 22:42
      
 本帖最后由 糟老頭子 于 2013-3-17 23:46 編輯 
      

      丁偉臣 發表于 2013-3-17 19:06 
      
為什么頻率越高，脈沖寬度越小？
      
脈沖寬度的描述有：-20分貝周期數、-20分貝脈沖持續時間、-20分貝波峰數等 ...

      


      
有道理，謝謝丁工。所以超聲波測厚中在檢測非常薄的工件要采用極高的頻率。
      
我來加個flash，說明聲束擴散角隨頻率的變化http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Ultrasonics/Graphics/Flash/UTPlan75a.swf
      
作者: 糟老頭子    時間: 2013-3-17 22:43
      
 本帖最后由 糟老頭子 于 2013-3-17 22:44 編輯 
      

      
咱們論壇是不是加不了flash？
      

      
作者: 糟老頭子    時間: 2013-3-18 00:09
      

      luolang1314 發表于 2013-3-17 21:32 
      
“脈沖寬度是非常重要的，它有助于優化接受信號的形狀。改變脈沖寬度可以導致不同周期部分減弱或加強。如 ...

      
不好意思，我不很明白您的意思？可否說的在直白點？
      
作者: luolang1314    時間: 2013-3-18 07:26
      
涉及到信號處理的相關知識。簡單點來說，就是你在射頻模式下，某一頻率探頭得到的信號波形，與脈沖寬度有關。對于TOFD直通波來說，以一個半周期的波形為最佳。對于未檢波的脈沖信號，有文獻指出以出現五個正半周為佳。一般探頭及儀器組合得到的信號，并不是單一頻率的信號，存在混頻信號。上面引文當中，合適的脈沖寬度使得接收的波形優化，盡可能得到頻率相近的信號，此時波形周期數最少；另外一個就是使得接收的信號某一正半周幅值最大。
      
作者: luolang1314    時間: 2013-3-18 08:11
      
所以一旦某一頻率的探頭被選定后，它能檢測到的理論最小缺陷尺寸也就確定下來（一般為半波長）；但是理論最小缺陷尺寸一般需要和檢測儀器配合才能得到。而脈沖寬度就是檢測儀器的一個重要的指標。這也就回答了孫忠波先生的疑問：波長越短分辨力越高？，http://www.unipc.com.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=20567
      
以前脈沖反射法都是針對已經檢波，合成過后的信號，不涉及到射頻信號，所以脈沖寬度這一重要信息被掩蓋了。
      
提高超聲分辨力的主流方向不是單獨提高探頭頻率，而是超聲檢測系統的ft乘積，也就是回波信號的周期數或者回波響應時間（Tn）；頻率不能無限提高，而脈沖寬度的提高，也就是檢測儀器硬件的升級顯得實際可行。
      
作者: luolang1314    時間: 2013-3-18 08:16
      
另外，脈沖寬度對信號幅值的提升影響不是太大，這也就是已經檢波過后的信號對這一參數屏蔽掉的原因吧！
      
脈沖寬度既影響信號周期數（信號區分相鄰缺陷的最小時間或聲程上的分辨力），同時影響信號的幅值。也就是對缺陷定位和定量都有一定的影響。對定位的影響大于對定量的影響。不知道我說清楚了沒有？
      
作者: 一彎馨月    時間: 2013-3-18 08:47
      
哦，學習了，謝謝！{:soso_e160:}
      
作者: 朱從斌    時間: 2013-3-18 09:08
      
{:soso_e163:}
      
作者: 飛馬踏燕    時間: 2013-3-18 12:42
      
所以對于TOFD檢測，脈沖寬度有著不一般的意義。而普通超聲檢測，脈沖寬度也有很大影響，一般不引人注意。學習學習
      
作者: 劉恩凱    時間: 2013-3-18 13:33
      
另一種解釋：問題1；在超聲頻譜分析中，提到了頻帶寬度的概念，頻帶寬度為峰值兩側幅度下降為峰值的一半時的兩點頻率之間的頻率范圍。稱為帶寬或-6dB帶寬。頻率越高，脈沖時間就越短，則頻帶越寬，導致發射的脈沖寬度越窄。
      
問題2：脈沖寬度越窄，峰數就越少，這樣阻尼效果好，此時影響縱向分辨力。頻率高，半擴散角小，這樣聲束直徑小，在探頭進行掃查時，對于橫向分辨力較好。
      
作者: 胡宏宇    時間: 2013-3-18 13:47
      
學習學習中，謝謝前輩。
      
作者: 李濟科    時間: 2013-3-19 07:11
      
 本帖最后由 李濟科 于 2013-3-19 07:15 編輯 
      

      
謝謝朋友們參與討論！總起來說，對兩個問題的解釋，我贊同丁偉臣先生的回復。對頻率越高，橫向分辨力越高的解釋，認為劉恩凱先生的回復，更為詳細。謝謝大家！希望有朋友根據這個題目，寫個小論文。
      
作者: 瑛昱瓔珞    時間: 2013-3-19 13:55
      
{:soso_e179:}{:soso_e163:}
      
作者: 糟老頭子    時間: 2013-3-19 18:41
      

      luolang1314 發表于 2013-3-17 21:32 
      
“脈沖寬度是非常重要的，它有助于優化接受信號的形狀。改變脈沖寬度可以導致不同周期部分減弱或加強。如 ...

      
我在奧林巴斯的omniscan mx2上用常規ut模式發現脈沖寬度（pw）確實如您所說的那個公式“2ft=1000”那樣設置的，只是不知道那樣設置的原因？
      

      
作者: luolang1314    時間: 2013-3-19 20:29
      
上面引文當中第二個例子就是說明這個的，它還有一個電子信號方面的解析解，2ft=1000,將單位換算一下其實可以得到2ft=1，只是它的一個近似解。根據頻譜分析，激勵脈沖寬度探頭頻率之間存在著最佳關系式，當脈沖寬度滿足這一關系式時，接收探頭的接收信號質量最好。該關系式即為：
      
　　
      
2 π f=3n/2a (n=1,2,3....)
      
 
      
　　式中，f為探頭頻率，t=2a為脈沖寬度
      
你會用就可以了！：）
      
作者: 李濟科    時間: 2013-3-19 20:47
      
 本帖最后由 李濟科 于 2013-3-19 21:01 編輯 
      

      
至于luolang1314先生提到的“TOFD，脈沖寬度設置，一般為2ft≈1” ，我雖然似懂非懂，不知所以然。但我根據強先生他們的試驗，曾提出窄脈沖的時間最佳分辨力，不取決于脈沖寬度，而僅為1個周期(似是ft=1)，縱向空間最佳分辨力為一個波長聲程差。不知問題出在何處？謝謝luolang1314先生！
      
作者: luolang1314    時間: 2013-3-19 21:28
      
ft=1是在理想狀態下將兩個脈沖組成一個單一頻率的信號，將脈沖寬度設置為所用探頭頻率周期的一半。注意這是組成一個“單一頻率”的信號，實際上探頭頻率并不是單一頻率，而是一定的帶寬的寬頻率信號。所以這個實際上很難實現。TOFD直通波為例，即使調節脈沖寬度等，使得直通波為一個周期，此時的波形也是相當難看的，此時的分辨力也不是最佳。
      
所以以色列的儀器在調節脈沖寬度等參數的時候，強調將直通波調至一個半周期，也就是這個道理。
      
此時檢測缺陷的最小尺寸其實并不是理論的半波長，而是3/4波長。可以自己想想原因！
      
理論是理論，實踐是實踐，書上的東西，有時候需要實踐檢驗的。
      
作者: luolang1314    時間: 2013-3-19 21:32
      
 本帖最后由 luolang1314 于 2013-3-19 21:45 編輯 
      

      
實際上脈沖回波信號與很多參數有關的，比如感抗，阻抗，脈沖寬度等，而且還與待檢材料本身，如晶粒尺寸，聲各向異性（結構取向，夾雜物，均勻程度），表面粗糙度等有關。
      
另外，如果是進口的探頭，一般標稱頻率和實際頻率誤差比較小，在調試的時候，比較容易得到較好的波形信號；如果是國產的探頭，一般頻率誤差較大，且很難通過調節相關參數得到需要的波形，要想調出一個周期信號的直通波，簡直比登天還難。實際檢測當中，調出一個半周期的信號，就算很不錯了！
      
作者: 李濟科    時間: 2013-3-19 21:35
      
謝謝，我雖然才疏學淺，但想不通的東西，不大喜歡人云亦云。
      
作者: luolang1314    時間: 2013-3-19 21:50
      
這些問題也是我自己曾經疑惑的東西，有人問，也就班門弄斧了下，也不知道說的是否正確！
      
作者: 李濟科    時間: 2013-3-19 22:22
      
我不是魯班，不要說班門弄斧，謝謝您提供了知識！但要讓我想通，要有個過程。比如，脈沖寬度，應該強調實測，我想得通;而2ft=1，為什么？想不通;以色列又強調t=1.5個周期，顯然2ft不等1，矛盾，想不通。希望諒解。
      
作者: yxf    時間: 2013-3-20 08:05
      
學習一下了哦
      
作者: 心心    時間: 2013-3-20 10:43
      
{:soso_e130:}
      
作者: zyylrq    時間: 2013-3-20 15:19
      
{:soso_e163:}
      
作者: 梁金昆    時間: 2013-3-21 11:38
      

      在《電子設計工程》雜志上，早就討論過下列公式：
      
    2∏fo=3n/(2a)     (n=1，2，3，…)     (1)
      
    式中:fo---探頭公稱頻率;
      
         2a---激勵電脈沖寬度t。我理解:不是聲脈沖的寬度。
      
如果將∏≈3，則公式(1) 可改寫為:
      
2fo.t≈n                              (2)
      
當然n取1最好，
      
2fo.t≈1                              (3)
      
公式(3) 是供激勵電脈沖線路設計用的，也是儀器線路隨探頭頻率改變的設計方向。但以色列人也不全遵守這個要求，通常他們將電容放電時間(脈沖寬度)t控制在1.5個周期，即t=1.5T。如匹配2.5MHz的探頭，電容器放電時間t控制在600ns。因為foXT=1，所以當t=1.5T時，2foX(1.5.T)=3，并不等于1。這是有些人不理解2ft=1的根本原因。
      
激勵電脈沖和探頭發射的聲脈沖，不是一回事，聲脈沖寬度，很大程度還決定探頭本身的阻尼。不知我的理解對否？

      

      
作者: 百事可樂    時間: 2013-3-22 11:20
      

      luolang1314 發表于 2013-3-17 21:32 
      
“脈沖寬度是非常重要的，它有助于優化接受信號的形狀。改變脈沖寬度可以導致不同周期部分減弱或加強。如 ...

      
版主你好。請問一下，一般tofd檢測都采用探頭頻率周期的一半，問一下如果選用其他值會影響對缺陷的檢測和測量嗎？謝謝
      
作者: zyylrq    時間: 2013-3-22 15:40
      
{:soso_e163:}
      
作者: ma2529    時間: 2013-3-22 22:32
      
{:soso_e163:}
      
作者: 百事可樂    時間: 2013-3-23 10:00
      

      百事可樂 發表于 2013-3-22 11:20 
      
版主你好。請問一下，一般tofd檢測都采用探頭頻率周期的一半，問一下如果選用其他值會影響對缺陷的檢測和 ...

      
好的 非常感謝
      

      
作者: 金克木    時間: 2013-3-25 13:38
      
{:soso_e163:}
      
作者: 天天工作    時間: 2013-3-25 19:09
      
{:soso_e163:}
      
作者: volcano0903    時間: 2013-11-2 11:53
      
{:soso_e130:}
      
作者: 春華秋實    時間: 2013-12-16 11:07
      
{:soso_e179:}
      
作者: 春華秋實    時間: 2013-12-16 11:07
      
{:soso_e179:}
      
作者: jzgyr    時間: 2013-12-17 10:56
      
脈沖持續時間由兩個因素決定，脈沖頻率（基頻）和周期數，帶寬與脈沖形狀和周期數都有關系。
      
作者: LiJia    時間: 2013-12-18 10:40
      
路過一下
      
作者: 白露秋分    時間: 2013-12-18 15:50
      

      李濟科 發表于 2013-3-19 22:22
      
我不是魯班，不要說班門弄斧，謝謝您提供了知識！但要讓我想通，要有個過程。比如，脈沖寬度，應該強調實測 ...

      
這個可以把檢波方式切換到射頻，在射頻狀態下，回波會呈現振蕩方式，兩個波峰之前的時間間隔即為回波波長，回波波長 * 探頭頻率 = 1，這個也是測探頭頻率的方式，同時可以看出，如果探頭頻率越高，波長越短，對同一個反射體的回波也就越窄（或者說有同樣的周期數，但時間少了），相應的回波寬度就小，自然在分辨力就高了
      

      
作者: guoguo    時間: 2013-12-26 14:00
      
{:soso_e163:}
      
作者: zongjian6498    時間: 2014-7-14 18:10
      
個人認為  這句話成立的前提條件是：周期數不改變。周期數改變的話，這個未必就成立
      
作者: 為人民服務    時間: 2014-8-3 20:07
      
頻率提高橫向分辨率和縱向分辨率都應高提高，頻率提高脈沖寬度越窄，聲束方向上的縱向分辨率越高，同時提高頻率聲束越窄，區分兩個相鄰缺陷的能力越高，從而致使垂直聲束的橫向分辨率越高，個人的一點愚見，請前輩指教！




      

      

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