专利名称：一种水浸聚焦探头性能测试装置及其测试方法
技术领域：
本发明涉及一种钢管无损探伤技术领域，具体地，本发明涉及一种水浸聚焦 探头性能测试装置及其测试方法。
背景技术：
目前，国内各钢管厂生产各类钢管数百余万吨，其中有80%以上钢管如油 井管、高压锅炉管需经过超声波探伤。作为钢管厂生产线用于无缝钢管超声波探 伤的机组的探伤机组主要采用探头旋转、钢管直线输送的方式。其中在超声波探 伤中，超声波的发射和接收是通过探头来实现的。超声波探头又称超声波换能器， 它是实现电能和声能相互转换的一种器件，它主要是利用材料的压电效应来进行 换能。
为实现超声强衰减材料、多层结构件、重要焊接结构件中缺陷高灵敏度的超 声检测和评价，并对自然缺陷形状、性质和大小进行分析和判别，实现对缺陷的 精确定性、定量和定位，通常使用水浸超声扫查成像系统。
所述水浸超声扫査成像系统通常包括5个部分超声波发射和接收系统，包括 超声探伤仪(USIP12)和水浸聚焦探头；数据采集和图像处理系统，包括工控机和 数据采集卡；五轴水浸超声扫査系统装置，包括精密三维扫描工作台、水平转台、 探头摆动架、专用夹具、水槽、步进电机驱动卡和驱动电源；软件系统，由文件 管理、参数设置、数据和图像处理等控制窗口组成。
为应选用适用于管材探伤的、性能稳定的单通道或多通道超声波探伤仪。探 伤仪应满足以下技术要求-
a) 至少具有5 10MHz的工作频率；
b) 带有记录或声光报警装置；
c) 自动探伤时，单通道的重复频率应不低于2KHz，能与自动扫查系统相匹配。
d) 探伤仪的其他技术指标应符合JB/T10061的规定。为此，通常采用使用频率为5MHz 15MHz的线聚焦或点聚焦水浸探头。及单晶 片和多晶片探头。另外，仪器和探头的组合灵敏度，当调节人工标准缺陷反射波 高达到萤光屏满刻度的80%时，剩余灵敏度应不低于10dB。
为应选用适用于管材探伤的、性能稳定的单通道或多通道超声波探伤仪。通 常采用使用频率为5MHz 15MHz的线聚焦或点聚焦水浸探头。及单晶片和多晶片探 头。
水浸聚焦超声波探头是实现钢管超声波探伤的关键部件，探头性能的好坏直 接关系到探伤结果的准确程度。由于钢管超声波探伤时，探头是在1200转/分钟 旋转的情况下工作，因此探头又是一种极易损坏的部件，钢管生产企业每年需外 购大量超声波探头，来维持探伤机组的正常工作，而以往企业对外购的探头缺乏 验收手段，往往只看厂家提供的质保书上探头各项性能指标。
然而在实际的操作过程中存在很多问题例如，探头在现场使用过程中，各 项性能差异较大，与厂方提供的探头质保书上的性能指标存在较大差异；其次， 缺乏对探头制造方的监督，无法保证其供应探头在使用时100%的性能合格。 一旦 不合格探头安装在探伤机组上，则拆装时间长，不仅浪费大量的时间，且影响探 伤产能。
另一方面，性能差异的探头，在使用中可能造成探伤质量事故，由于大量钢 管产品主要是油井管、锅炉管等高端产品，这无疑加大了探伤的质量风险。为确 保探头性能满足探伤机组探伤需求，对外购的超声波探头进行性能测试很有必要。
现有技术对超声波探头性能的测试，主要有探头制造厂或研究院进行，要对 超声波探头的性能进行测试，需借助实验室专用设备(声场测试仪器和装置)来 实现，测试过程对硬件要求很高，这种测试设备及方法对于探头使用方钢铁生产 性企业来说，很难做到。
发明内容
为解决所述问题，提供一种无须在探头制造厂或研究院进行及借助实验室专 用设备(声场测试仪器和装置)来在使用方钢铁生产性企业既可进行的超声波探 头的性能测试，本发明的目的在于提供一种新颖的探头性能测试装置。
解决所述问题，提供一种无须在探头制造厂或研究院进行及借助实验室专用 设备(声场测试仪器和装置)来在使用方钢铁生产性企业既可进行的超声波探头 的性能测试，本发明的目的还在于提供一种水浸聚焦探头性能测试方法。根据本发明的水浸聚焦探头性能测试装置，所述测试装置包括置于水箱中的 测试装置框架本体及超声波探伤仪，其特征在于，所述测试装置还包括-
可移动设置于所述测试装置框架本体上、设有探头安装座、用于固定探头的 探头夹持装置，
可移动设置于所述测试装置框架本体上、可使探头作X轴、Y轴、Z轴三维移
动的三维导向调整装置，
分别安装在其X轴、Y轴、Z轴向上、对应于探头作X轴、Y轴、Z轴三维移 动，用于实时测量确定超声波探头的位置和位置变化量的游标卡尺，
设置于测试装置框架本体上、与上述探头固定座对应设置的基准反射座，
设置于基准反射座上的一个钢球，所述钢球作为信号反射体，用于通过反射信 号的变化测试探头性能的差异。
根据本发明的水浸聚焦探头性能测试装置，优选的是，所述测试装置的所述 探头夹持装置沿X轴、Y轴平移和Z轴升降传动使用涡轮、涡杆。
根据本发明的水浸聚焦探头性能测试装置，优选的是，所述测试装置设置有 用于探头升降调节的调节机构、带角度标识的探头角度调节机构及带刻度的探头 垂直度调节装置。
根据本发明的水浸聚焦探头性能测试装置，优选的是，所述设置于基准反射 座上的钢球直径3mm士0. lram。
根据本发明的水浸聚焦探头性能测试装置，采用水箱，用水浸法对探头性能 进行测试，所测试的性能结果与钢管水浸法探伤要求最相近。
根据本发明的水浸聚焦探头性能测试装置，设有探头安装座、用于固定探头 的探头夹持装置，在三维导向调整装置的调节下，可使探头作X轴、Y轴、Z轴三 维移动的三维导向调整装置，分别安装在其X轴、Y轴、Z轴向上、对应于探头作 X轴、Y轴、Z轴三维移动，以便于作多种超声波探头性能的测试。同时，分别安 装在其X轴、Y轴、Z轴向上、对应于探头作X轴、Y轴、Z轴三维移动的游标卡 尺用于实时测量确定超声波探头的位置和位置变化量。本发明在基准反射座上设 置一个钢球作为信号反射体，用于通过反射信号的变化测试探头性能的差异。
根据本发明的水浸聚焦探头性能测试装置，结合了水浸聚焦超声波探头的技 术特性和钢管探伤机组使用要求，可就以下制造厂提供的超声波探头性能指标如-焦距、声束宽度、焦点直径、声束偏斜角、灵敏度余量、多晶片探头灵敏度偏差 和探头机械尺寸等指标等进行测试。所述水浸聚焦探头性能测试装置简便易行。本发明又提供一种水浸聚焦探头性能测试方法，所述测试方法使用所述的水 浸聚焦探头性能测试装置，高频电缆线连接探头与探伤仪，其特征在于，
首先，在置于水箱中的所述的水浸聚焦探头性能测试装置框架本体的基准反 射座上放置一个钢球，
在对应于所述基准反射座上方所设置的探头固定座上安装、固定待测试探头，
进行探头X轴调节和探头Y轴调节，将探头对准探头基准反射体，
通过超声波探伤仪给待测探头一激励信号，使待测探头发出一束超声波信号， 打在基准反射体的钢球上，
作为信号反射体，通过反射信号的变化，测试探头性能的差异， 调节三维导向调整装置，实时测量确定超声波探头的位置和位置变化量，
移动探头z轴(升降)调节滑块，使探头在钢球上的反射回波信号达到最高，
超声波信号经钢球反射，有效反射波被探头接收，经仪器处理，以波高形式 显示在超声波探伤仪的显示屏上，
分别记录(14) X轴刻度尺(1) Y轴刻度尺(7) Z轴刻度尺上刻度数值，通 过观察波高的变化确定探头的各项性能指标。
根据本发明的水浸聚焦探头性能测试方法，用于聚焦探头焦距的测试为
调节三维导向调整装置和探头升降装置，将探头超声波回波信号调至最高的 位置，记录下此时探头Z轴高度刻度卡尺上数值Z,，
然后沿Z轴向下移动探头，直到探头恰好碰到钢球，然后读取高度刻度卡尺 上数值Z2，
取上述二位置间的刻度差，该差值Z, —Z2即为超声波聚焦探头的焦距。 焦距指聚焦探头声束实测焦点到探头表面的距离。如图3所示 f为焦距，d为焦点直径。Cl一声透镜的声速，C2—耦合水的声速。 制造厂对聚焦探头焦距的确定一般是根据探头的曲率半径，通过计算得到的 理论焦距，它与实际测量出的探头焦距有较大差异，例如某探头的曲率半径R =20mm，则探头焦距计算f二Cl/ (CI-C2)R = 2. 26R-2. 26X20 = 45. 2咖，制 造厂根据用户对焦距的不同要求，通过改变探头曲率半径来确定焦距)。
在水浸聚焦探伤中，探头是通过水耦合到工件上的。声波在进入工件之前， 在水中要走一段距离。又由于聚焦声束中的各个声线(对焦点而言)是会聚的， 因此各声线对工件的入射表面的入射角是不同的。聚焦声束经过工件表面时，总 有折射发生，原来是聚焦的声束，斜穿过工件表面后也应该是会聚的。由于聚焦探头斜入射的声场比垂直入射时复杂，所以准确把握焦点位置对于精确检验工件
内部的缺陷，特别是微小缺陷至关重要。
如果采用相同的耦合介子进行测试，所得结果相近，不同点在于本发明测试
精度的结果与操作人员调试精度有关，而实验室专用设备测试精度是靠设备本身
精度确定，测试结果可以通过自动成像测得。
根据本发明的水浸聚焦探头性能测试方法，用于探头声束宽度的测试为-调节三维导向调整装置，使得探头沿X轴方向移动，将探头反射回波信号调
至最高，
调 节衰减器使回波信号达到示波器显示80%的高度，
然后使探头沿X轴正方向移动，使反射回波信号降低到示波器显示40%的高 度，记录下X轴刻度卡尺上数值Xl
接着，再使探头沿X轴反方向移动，使反射回波信号由低到高再降低到示波器 显示40%的高度，记录下X轴刻度卡尺上数值X2，
取此时二个位置刻度数值差X, —X2，即为探头有效声束宽度。
本发明所测试的参数是探头的实际数据，与实验室专用设备测试数据相同， 而探头生产厂一般是根据探头晶片尺寸的80%估算探头的有效声束宽度，与实际 误差较大。
使探头有效声束宽度加大，可改善灵敏度均匀性，提高探伤效率及定量精度， 改善耦合条件，提高了正检率。
根据本发明的水浸聚焦探头性能测试方法，用于探头焦点直径的测试为 调节三维导向调整装置，使得探头沿Y轴方向移动，将反射回波信号调至最
高，
然后使得探头在该反射回波信号最高处附近作正反二方向的移动，当所述二 方向移动至回波信号均比最高处低-6dB处时，取该二位置间距为焦点直径。本发 明的该测试方法与探头的有效声束宽度测试相同。
根据本发明的水浸聚焦探头性能测试方法，用于声束偏斜角的测试为
调节三维导向装置和探头升降装置，将探头超声波回波信号调至最高的位置， 定位焦点01垂直于探头上的实际位置02，测得该点到探头几何中心点03的距离 a，通过计算tanP- a/f得出声束偏斜角e (f为探头有效焦距)。如图4所示
当探头主声束的水平偏斜角在标准要求值内时，缺陷波反射波会沿原路返回 被探头接收，检测出钢管裂纹。但如果探头主声束的水平偏斜角较大，未能按规定检测更换，仍在机使用，缺陷波就不会按原路返回，而是以一个偏斜的角度反 射回来，其结果势必使钢管裂纹缺陷不能正常检出。因此，准确测定探头主声束 的水平偏斜角，是保证微机控制超声波探伤机良好性能的基础。
根据本发明的水浸聚焦探头性能测试方法，用于灵敏度余量(o )的测试为 调节三维导向装置和探头升降装置，将探头对准基准反射体，将超声波回波 信号调至最高的位置，调节衰减器将定位于超声波探伤仪满屏的60%高度，此时 仪器衰减器上的dB值，即为探头的灵敏度余量(连续增益关闭)。
灵敏度余量是指仪器与探头组合后，在一定的探测范围内发现微小缺陷的能 力。具体指从一个规定的测距孔径的人工试块上获得规定波高时仪器所保留的dB
数。保留的dB数高，说明灵敏度余量高。
聚焦探头的灵敏度余量标准中没有规定， 一般用户根据实际情况对探头制造
广的要求。标准规定的探头灵敏度余量是指非聚焦探头，如直探头、斜探头，
它们的测试可直接在标准试块上测得。
本发明的灵敏度余量测试方法与标准探头的灵敏度余量测试方法相似。 根据本发明的水浸聚焦探头性能测试方法，用于多晶片探头灵敏度余量偏差
(A)的测试与单晶片探头灵敏度余量相同，但对于组合多晶片探头而言，每组各 个探头间的灵敏度余量差值必须《4dB。
所述多晶片探头的灵敏度偏差，是用户根据实际情况对探头制造厂的一般要求。
发明效果
根据本发明的水浸聚焦探头性能测试装置及方法，采用水箱，用水浸法对探 头性能进行测试，所测试的性能结果与钢管水浸法探伤要求最相近。本发明的水 浸聚焦探头性能测试装置及方法，简便易行，无须借助实验室专用设备(声场测 试仪器和装置)，可测得焦距、声束宽度、焦点直径、声束偏斜角、灵敏度余量、 多晶片探头灵敏度偏差和探头机械尺寸等指标等。
附图的简单说明
图1所示为本发明的水浸聚焦超声波探头性能测试装置立体示意图。
图2所示为本发明的水浸聚焦超声波探头性能测试装置剖视示意图。 图3所示为本发明的水浸聚焦超声波探头的焦距测试示意图。图4所示为本发明的水浸聚焦超声波探头声束偏斜角的测试示意图。
图5所示为本发明的水浸聚焦超声波探头焦距测试说明图。
图6A，图6B，图6C分别显示本发明的水浸聚焦超声波探头主声束入射示意图。
图中，l为测试装置框架本体，2为基准反射座，3为探头固定座，4为探头 夹持装置，5为带角度标识的探头角度调节机构，6为带刻度的探头垂直度调节装 置，7为Z轴游标卡尺，8为探头Z轴(升降)调节滑块，9为移动设置于所述测 试装置框架本体上、可对探头作X轴、Y轴、Z轴三维移动作导向调整的三维导向 调整装置，IO为探头Y轴调节装置，ll为水箱，12为涡杆，13为探头X轴调节 装置，14为X轴游标卡尺，15为钢球，16为线缆，17为探伤仪，18为Y轴游标 卡尺，19为探头。T为始波，F为基准反射波。
具体实施例方式
以下，举具体实施例，具体说明本发明。 实施例1
制得本发明的水浸聚焦探头性能测试装置，所述测试装置包括置于水箱中的 测试装置框架本体及超声波探伤仪，所述测试装置还包括可移动设置于所述测 试装置框架本体上、设有探头安装座、用于固定探头的探头夹持装置，可移动设 置于所述测试装置框架本体上、可使探头作X轴、Y轴、Z轴三维移动的三维导向 调整装置。分别安装在其X轴、Y轴、Z轴向上、对应于探头作X轴、Y轴、Z轴 三维移动，用于实时测量确定超声波探头的位置和位置变化量的游标卡尺，设置 于测试装置框架本体上、与上述探头固定座对应设置的基准反射座，及设置于基 准反射座上的一个钢球，所述钢球作为信号反射体，用于通过反射信号的变化测试 探头性能的差异。
在本实施例中，所述测试装置的所述探头夹持装置沿X轴、Y轴平移和Z轴 升降传动使用涡轮、涡杆。所述测试装置设置有用于探头升降调节的调节机构和 带角度标识的探头角度调节机构。所述设置于基准反射座上的钢球直径3mm。
Z轴调节为探头上、下移动，探头垂直度调节是指探头在X轴位置固定不变， 探头主声束在X、 Y方向可改变入射角度。
在探头信号测试时，当仪器的衰减器读数(dB数)不变的情况下，探头主声束垂直入射到基准反射面时，反射波信号波幅最高如图6B所示，当探头主声束偏 斜入射到基准反射面时，反射信号波较低如图6A所示。
调节带刻度的探头垂直度调节机构如图1， 2中的5，目的是为了使探头主声 束与基准反射体相互垂直，如图6C所示。
带角度标识的探头角度调节机构5是调节探头在X方向的声束垂直度，6是 调节探头在Y方向的声束垂直度。调试方法、原理相同。
首先，高频电缆线连接探头与探伤仪。在置于水箱中的所述的水浸聚焦探头 性能测试装置框架本体的基准反射座上放置所述钢球。在对应于所述基准反射座 上方所设置的探头固定座上安装、固定待测试探头，进行探头X轴调节和探头Y 轴调节，将探头对准探头周定座。
然后，通过超声波探伤仪给待测探头一激励信号，使待测探头发出一束超声 波信号，打在钢球上，作为信号反射体,通过反射信号的变化，测试探头性能的差 异，调节三维导向调整装置，实时测量确定超声波探头的位置和位置变化量。
此时，移动探头Z轴(升降)调节滑块，使探头在钢球上的反射回波信号达 到最高。超声波信号经钢球反射，有效反射波被探头接收，经仪器处理，以波高 形式显示在超声波探伤仪的显示屏上，
分别记录(14) X轴刻度尺(1) Y轴刻度尺(7) Z轴刻度尺上刻度数值，通 过观察波高的变化确定探头的各项性能指标。
实施例2
聚焦探头焦距的测试
聚焦探头焦距测试时，仪器抑制置0，补偿关闭，增益旋纽置于调整量的80 %以上，衰减器留有一定可调节量一般为30 40dB。然后转动附图中(13)探头 X轴调节器，使探头随三维导向装置一起沿X轴(下方有基准反射座)的方向移 动。将探头移到基准反射座(3)上方，找到反射回波信号的最高点，调节衰减器 使回波信号达到示波器显示80%的高度。
转动在X方向上带角度指示的探头角度调节器(5)，观察探头声束是否垂直 入射，如果此时探头声束已经垂直入射，那么当调节探头角度调节器(5)时，反 射信号会从80%高度下降，如果探头未达到垂直入射程度，调节探头角度调节器 (5)反射信号会逐渐升高至信号最高为止。
在此基础上再调节Y轴方向上的带刻度的探头垂直度调节器(6)，观察探头在Y轴方向上的声束垂直入射情况，调整步骤与上述X方向调整相同。
最后调节三维导向调整装置的探头Z方向升降装置(8)观察反射波高是否最
高。当焦点入在基准反射座钢球上时，反射波信号最高，如果确定此时反射波为
最高，记录下Z轴刻度尺(7)的数值(72mm) Z10
然后沿Z轴向下移动探头，直到探头恰好碰到钢球，然后读取高度刻度卡尺
上数值Z2 (31ram)。 ，
取上述二位置间的刻度差，该差值Z, —Z2 (72 — 31=41mm)即该聚焦探头的
焦距等于41mm。
实施例3
探头声束宽度的测试
探头声束宽度测试时，仪器抑制置0，补偿关闭，增益旋纽置于调整量的80 %以上，衰减器留有一定可调节量如40dB。
然后转动附图中(13)探头X轴调节器，使探头随三维导向装置一起沿X轴 方向移动，将探头移到基准反射座(3)上方，找到反射回波信号的最高点，调节 衰减器使回波信号达到示波器显示80%的高度。
转动在X方向上带角度指示的探头角度调节器(5)，观察探头声束是否是垂 直入射，如果此时探头声束已经垂直入射，调节(5)反射信号会从80%高度下 降，如果探头未达到垂直入射程度，调节探头角度调节器(5)反射信号会逐渐升 高至信号最高为止。在此基础上调节Y轴方向上的带刻度的探头垂直度调节器 (6)，观察探头在Y轴方向上的声束垂直入射情况，调试步骤与X方向相同。
当确定反射波高为最高情况下，再次调节衰减器将反射波高调至示波器显示 80%的高度，然后使探头沿X轴正方向移动,使反射回波信号降低到示波器显示 40%的高度。记录下X轴刻度卡尺上数值X,(例如142. lmm)。
接着，再使探头沿X轴反方向移动，使反射回波信号由40%高度再回升到80 %高度后又降低到示波器显示40%的高度，记录下此时X轴刻度卡尺上数值X2 (例如132. l咖)。取此时二个位置刻度数值差X！ —X2， (142. Iran—132. lmm = 10mm)，此时该探头有效声束宽度为10mm。
实施例4
探头焦点直径的测试焦点直径的测试方法与声束宽度测试方法相同。
在测试过程中，当反射信号达到示波器显示80%高度时，仪器衰减器dB数 是一个固定值，所变化的是波高，-6dB是指波高从80X高度降至40X高度时，数 值上正好等于-6dB，因此半波高度法又称为6dB法。
实施例5
声束偏斜角的测试
调节三维导向装置和探头升降装置，将探头超声波回波信号调至最高的位置， 定位焦点垂直于探头上的实际位置，测得该点到探头几何中心点的距离a，通过 计算tan e = a/f得出声束偏斜角e (f为探头有效焦距)。
艮P:在上述焦距测试时，用直尺测量探头恰好碰到钢球时的点到探头几何中 心点的距离a，如图5所示探头在制造时在探头几何中心点刻有标记。
在本实施例中，在上述探头焦距测试中测得焦距f为41mm，测量探头碰到 钢球时的点到探头几何中心点的距离a等于lmm，通过计算tan P = a/f ，可以得 出声束偏斜角e=tan-1(1/41) =1.4° ，此时该聚焦探头的声束偏斜角为1. 4° 。 一般情况下要求声束偏斜角P《2° 。
实施例6
敏度余量(o)的测试 测试方法与焦距测试方法相同。
将探头对准基准反射体，将超声波回波信号调至最高的位置。然后调节衰减 器将反射波高调至探伤仪示波屏80%高度，此时仪器衰减器上的dB值，即为水浸
聚焦探头灵敏度余量。
在本实施例中，在上述测试中仪器衰减器上的dB值为42dB，表示该测试探 头的灵敏度余量就是42dB。
实施例7
多晶片探头灵敏度余量偏差(△)的测试
多晶片组合探头是指在一个探头上装有两个以上相同的晶片的探头。 对于多晶片组合探头灵敏度余量偏差(A)的测试，测试方法与单晶片测试相同。在本实施例中为一个四晶片的组合探头，通过分别测试，测试结果1#晶片
衰减器读数42dB， 2弁晶片衰减器读数40dB， 3井晶片衰减器读数41dB， 4#晶片 衰减器读数42dB， S卩，该四晶片组合探头的灵敏度余量偏差(A)即为2dB。对于 多晶片组合探头而言要求各个探头间的灵敏度余量偏差必须《4 dB。
根据本发明的水浸聚焦探头性能测试装置及方法，采用水箱，用水浸法对探 头性能进行测试，所测试的性能结果与钢管水浸法探伤要求最相近。本发明的水 浸聚焦探头性能测试装置及方法，简便易行，无须借助实验室专用设备(声场测 试仪器和装置)，可测得焦距、声束宽度、焦点直径、声束偏斜角、灵敏度余量、 多晶片探头灵敏度偏差和探头机械尺寸等指标等。
本发明技术可为相关企业提供重要参考和借鉴，具有较强的应用性和推广前景。
权利要求
1.一种水浸聚焦探头性能测试装置，所述测试装置包括置于水箱中的测试装置框架本体及超声波探伤仪，其特征在于，所述测试装置还包括可移动设置于所述测试装置框架本体上、设有探头安装座、用于固定探头的探头夹持装置，可移动设置于所述测试装置框架本体上、可使探头作X轴、Y轴、Z轴三维移动的三维导向调整装置，分别安装在其X轴、Y轴、Z轴向上、对应于探头作X轴、Y轴、Z轴三维移动，用于实时测量确定超声波探头的位置和位置变化量的游标卡尺，设置于测试装置框架本体上、与上述探头固定座对应设置的基准反射座，设置于基准反射座上的一个钢球，所述钢球作为信号反射体，用于通过反射信号的变化测试探头性能的差异。
2. 如权利要求1所述的水浸聚焦探头性能测试装置，其特征在于，所述测 试装置的所述探头夹持装置沿X轴、Y轴平移和Z轴升降传动使用涡轮、涡杆。
3. 如权利要求1所述的水浸聚焦探头性能测试装置，其特征在于，所述测 试装置设置有用于探头升降调节的调节机构、带角度标识的探头角度调节机构及 带刻度的探头垂直度调节装置。
4. 如权利要求1所述的水浸聚焦探头性能测试装置，其特征在于，所述设 置于基准反射座上的钢球直径3mm士0. lmm。
5. —种水浸聚焦探头性能测试方法，所述测试方法使用所述的水浸聚焦探头 性能测试装置，高频电缆线连接探头与探伤仪，其特征在于，首先，在置于水箱中的所述的水浸聚焦探头性能测试装置框架本体的基准反射座上放置一个钢球，在对应于所述基准反射座上方所设置的探头固定座上安装、固定待测试探头， 进行探头X轴调节和探头Y轴调节，将探头对准探头固定座， 通过超声波探伤仪给待测探头一激励信号，使待测探头发出一束超声波信号，打在钢球上，作为信号反射体，通过反射信号的变化，测试探头性能的差异， 调节三维导向调整装置，实时测量确定超声波探头的位置和位置变化量，移动探头Z轴升降调节滑块，使探头在钢球上的反射回波信号达到最高， 超声波信号经钢球反射，有效反射波被探头接收，经仪器处理，以波高形式显示在超声波探伤仪的显示屏上，分别记录(14) X轴刻度尺(1) Y轴刻度尺(7) Z轴刻度尺上刻度数值，通过观察波高的变化确定探头的各项性能指标。
6. 如权利要求5所述的水浸聚焦探头性能测试方法，其特征在于，用于聚 焦探头焦距的测试为 '调节三维导向调整装置和探头升降装置，将探头超声波回波信号调至最高的位置，记录下此时探头Z轴高度刻度卡尺上数值Z,，然后沿Z轴向下移动探头，直到探头恰好碰到钢球，然后读取高度刻度卡尺 上数值Z2，取上述二位置间的刻度差，该差值Z^ —Z2即为超声波聚焦探头的焦距。
7. 如权利要求5所述的水浸聚焦探头性能测试方法，其特征在于，用于探 头声束宽度的测试为调节三维导向调整装置，使得探头沿X轴方向移动，将探头反射回波信号调 至最高，调节衰减器使回波信号达到示波器显示80%的高度，然后使探头沿X轴正方向移动，使反射回波信号降低到示波器显示40%的高 度，记录下X轴刻度卡尺上数值Xl,接着，再使探头沿X轴反方向移动,使反射回波信号由低到高再降低到示波器 显示40%的高度，记录下X轴刻度卡尺上数值X2，取此时二个位置刻度数值差XI —X2，即为探头有效声束宽度。
8. 如权利要求5所述的水浸聚焦探头性能测试方法，其特征在于，用于探 头焦点直径的测试为调节三维导向调整装置，使得探头沿Y轴方向移动，将反射回波信号调至最高，然后使得探头在该反射回波信号最高处附近作正反二方向的移动，当所述二 方向移动至回波信号均比最高处低-6dB处时，取该二位置间距为焦点直径。
9. 如权利要求5所述的水浸聚焦探头性能测试方法，其特征在于，用于声 束偏斜角的测试为调节三维导向装置和探头升降装置，将探头超声波回波信号调至最高的位置，定位焦点垂直于探头上的实际位置，测得该点到探头几何中心点的距离a，通过 计算tane:a/f得出声束偏斜角P ， f为探头有效焦距。
10. 如权利要求5所述的水浸聚焦探头性能测试方法，其特征在于，用于灵 敏度余量(o)的测试为调节三维导向装置和探头升降装置，将探头对准基准反射体，将超声波回波 信号调至最高的位置，调节衰减器将定位于超声波探伤仪满屏的60%高度，此时 仪器衰减器上的dB值，即为探头的灵敏度余量。
11. 如权利要求5所述的水浸聚焦探头性能测试方法，其特征在于，用于多 晶片探头灵敏度余量偏差(A)的测试对于组合多晶探头而言，每组各个探头间的 差值必须《4 dB。
全文摘要
一种水浸聚焦探头性能测试装置及方法，在置于水箱中的所述性能测试装置的基准反射座上放置一钢球，在其对应上方设置、对准待测试探头，通过超声波探伤仪使待测探头对钢球发出超声波信号，通过反射信号的变化测试探头性能的差异。调节三维导向调整装置，实时测定探头的位置及其变化量，使探头在钢球上的反射回波信号达到最高。有效反射波被探头接收，以波高形式显示在超声波探伤仪的显示屏上，分别记录X轴、Y轴及Z轴刻度尺上的刻度数值，通过观察波高的变化确定探头的各项性能指标。本发明的水浸聚焦探头性能测试装置及方法简便易行，无须借助实验室专用设备，可测得焦距、声束宽度、焦点直径、声束偏斜角、灵敏度余量、多晶片探头灵敏度偏差等指标等。
文档编号G01N29/22GK101539542SQ200810034928
公开日2009年9月23日 申请日期2008年3月21日 优先权日2008年3月21日
发明者周长忠, 杰 陈 申请人:宝山钢铁股份有限公司