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超聲波檢測儀器是一種利用超聲波在介質中的傳播特性來檢測材料或工件內部缺陷的無損檢測設備。其工作原理主要包括以下幾個方面：
1. 超聲波的產生
壓電效應：通常使用壓電晶片作為超聲波的發射源。當給壓電晶片施加高頻電脈沖信號時，晶片會產生機械振動，從而發射出超聲波。壓電晶片的振動頻率與施加的電脈沖頻率一致，通常在幾兆赫茲（MHz）的范圍內。
高頻振蕩電路：儀器內部的高頻振蕩電路產生高頻電信號，驅動壓電晶片振動。這種高頻電信號的頻率可以根據檢測對象的材料和厚度進行調整。
2. 超聲波的傳播
介質中的傳播特性：超聲波是一種機械波，需要在介質中傳播。它可以在固體、液體和氣體中傳播，但在固體中的傳播特性最為穩定。超聲波在介質中傳播時，其能量會隨著距離的增加而逐漸衰減，衰減的程度與介質的性質、超聲波的頻率以及傳播路徑的長度有關。
反射與折射：當超聲波遇到不同介質的界面時（如固體與空氣、固體與液體），會發生反射和折射。如果界面存在缺陷（如裂紋、氣孔、夾雜等），超聲波會在缺陷處產生反射。反射波的強度和方向取決于缺陷的性質、大小和位置。
3. 超聲波的接收
壓電晶片的接收功能：超聲波檢測儀器中的壓電晶片不僅用于發射超聲波，還可以接收反射回來的超聲波信號。當反射波作用于壓電晶片時，晶片會產生電荷，形成電信號。
信號放大與處理：接收到的超聲波信號通常非常微弱，需要通過儀器內部的放大電路進行放大。放大后的信號經過濾波、整形等處理，最終被轉換為可顯示的波形或數據。
4. 信號分析與缺陷判斷
波形分析：通過分析接收到的反射波波形來判斷缺陷的存在與否。主要參數包括反射波的幅度、時間延遲和波形特征。例如，反射波的幅度越高，說明缺陷越嚴重；反射波的時間延遲越短，說明缺陷越靠近表面。
閾值判斷：儀器通常會設置一個閾值，當反射波的幅度超過該閾值時，儀器會發出報警信號，提示檢測人員存在缺陷。
成像技術：還具備成像功能，如相控陣超聲檢測技術。通過多個壓電晶片的協同工作，可以生成缺陷的二維或三維圖像，更直觀地顯示缺陷的位置和形狀。
5. 超聲波檢測的應用范圍
材料檢測：用于檢測金屬、塑料、復合材料等的內部缺陷，如裂紋、氣孔、夾雜等。
焊縫檢測：檢查焊接接頭的質量，發現焊縫中的未熔合、未焊透、氣孔等缺陷。
管道檢測：檢測管道的壁厚減薄、腐蝕、裂紋等缺陷，確保管道的安全運行。
鑄件檢測：檢查鑄件內部的縮孔、疏松、夾砂等缺陷，提高鑄件的質量。
超聲波檢測儀器因其無損、高效、靈敏度高等優點，在工業領域得到了廣泛應用。
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