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(jí)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(fā)現(xiàn)一個(gè)“方波”的選項(xiàng)，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(shí)驗(yàn)，效果好像還不錯(cuò)。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?yàn)槲沂琴u這種儀器的，弄清楚點(diǎn)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

學(xué)習(xí)了，謝謝強(qiáng)總和丁工的解答

觸發(fā)脈沖為方波，加強(qiáng)觸發(fā)的能力，以增加穿透范圍。

丁偉臣 發(fā)表于 2012-4-10 21:49
觸發(fā)脈沖為方波，加強(qiáng)觸發(fā)的能力，以增加穿透范圍。

丁工，您好。看了很多您的發(fā)言，就三個(gè)印象“博學(xué)，好學(xué)，樂于助人”   實(shí)在使我等后輩學(xué)習(xí)的榜樣啊

您可否說的再詳細(xì)一點(diǎn)：怎樣觸發(fā)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？

具體內(nèi)容見ASNT UT HANDBOOK。

與尖脈沖相比，方波激發(fā)的超聲信號(hào)頻帶更寬，脈沖更窄。用這樣的信號(hào)進(jìn)行檢測，信噪比更高，分辨力也更高。

以下內(nèi)容可能對你了解方波激發(fā)脈沖的特點(diǎn)有些用處——雖然是討論TOFD技術(shù)的，但同樣適用于脈沖反射法。該內(nèi)容摘自強(qiáng)天鵬主編《衍射時(shí)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(dòng)而產(chǎn)生的。雖然應(yīng)用尖波脈沖也可產(chǎn)生超聲波，但是矩形脈沖應(yīng)用在TOFD系統(tǒng)中表現(xiàn)出更好的可控性和調(diào)諧性，因此現(xiàn)有的TOFD系統(tǒng)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(gè)正向階躍脈沖和一個(gè)在一定延時(shí)后的負(fù)向階躍脈沖的疊加構(gòu)成；雙極性矩形脈沖由兩個(gè)反相的矩形脈沖疊加構(gòu)成（圖3.3）。正向階躍脈沖（矩形波上升沿）或負(fù)向階躍脈沖（矩形波下降沿）都能激發(fā)換能器振動(dòng)產(chǎn)生聲脈沖。這樣一來，一個(gè)單極性矩形脈沖可使晶片發(fā)生兩次振動(dòng)，而一個(gè)雙極性矩形脈沖可激發(fā)探頭換能器振動(dòng)三次。
      
圖3.3  單極性和雙極性矩形脈沖

圖3.4  電脈沖觸發(fā)超聲脈沖

        電脈沖特性會(huì)影響超聲脈沖的質(zhì)量，因此對其有嚴(yán)格要求。TOFD系統(tǒng)使用的矩形電壓脈沖的主要特性數(shù)據(jù)包括：脈沖寬度、脈沖上升時(shí)間和脈沖高度。
        1、脈沖寬度
        TOFD系統(tǒng)所使用的矩形脈沖的寬度應(yīng)是可調(diào)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(yōu)化超聲脈沖信號(hào)的形狀。矩形脈沖的第一個(gè)邊使該晶體元件產(chǎn)生振動(dòng)，矩形脈沖的第二個(gè)邊同樣使該晶體元件再次產(chǎn)生振動(dòng)，但是超聲脈沖的相位與第一個(gè)振動(dòng)的相位是相反的，相差180度，如圖3.4所示。
        這兩個(gè)超聲脈沖通常會(huì)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(qiáng)或者減弱。如圖3.5所示，如果想使兩個(gè)超聲脈沖組成一個(gè)單一頻率的更強(qiáng)信號(hào)，則應(yīng)將脈沖寬度設(shè)置成該頻率周期的一半（5MHz時(shí)使用100 ns），通過疊加信號(hào)加強(qiáng)，獲得一個(gè)振幅更大的信號(hào)，但是它余波變長。
        如果脈沖寬度設(shè)置為該超聲波頻率的一個(gè)周期（對于5MHz設(shè)置為200ns），則一個(gè)周期后，兩個(gè)信號(hào)反相，疊加可獲得一個(gè)很小振幅的信號(hào)，但余波振動(dòng)也減少了。低周期數(shù)振動(dòng)的脈沖稱為短脈沖，對TOFD技術(shù)是有意義的，為了分辨小缺陷的上端點(diǎn)和下端點(diǎn)衍射信號(hào)，希望探頭發(fā)出的超聲信號(hào)是短脈沖。

圖3.5  不同脈沖寬度對超聲波形的影響

        在實(shí)際應(yīng)用中，一個(gè)探頭包含有一定范圍的頻率，最優(yōu)的脈沖寬度應(yīng)通過試驗(yàn)來獲得。試驗(yàn)方法為：將底面反射波信號(hào)設(shè)置為大約60%FSH，從該探頭中心頻率的一個(gè)周期開始校準(zhǔn)脈沖寬度。但有時(shí)因?yàn)樘筋^頻率范圍較大，激勵(lì)脈沖的寬度對波形的影響并不大。
        2、脈沖上升時(shí)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(shí)間均為0。理想的階躍脈沖是不可能實(shí)現(xiàn)的，實(shí)際脈沖發(fā)生器所產(chǎn)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(gè)電平變化到另一個(gè)電平必定要占一定的時(shí)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(shí)間和下降時(shí)間：

圖3.6   矩形脈沖的非理想波形
        上升時(shí)間：從脈沖幅值的10%上升到90%所經(jīng)歷的時(shí)間，即圖3.6中t1。
        下降時(shí)間：從脈沖幅值的90%下降到10%所經(jīng)歷的時(shí)間，即圖3.6中t2。
        脈沖上升或下降時(shí)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(shí)間越短，階躍脈沖的高頻諧波越多。在線性響應(yīng)模型中，探頭上被激發(fā)出某頻率的振動(dòng)能量來自驅(qū)動(dòng)電壓在該頻率的能量，驅(qū)動(dòng)電壓高頻諧波越多，越能激發(fā)探頭的高頻振蕩，使探頭響應(yīng)的相對帶寬也越大，脈沖更窄。TOFD系統(tǒng)所使用的矩形脈沖，上升時(shí)間應(yīng)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(lì)的超聲脈沖能量就越大。TOFD系統(tǒng)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(shí)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(fā)射脈沖的電壓不能太高，但同時(shí)又要兼顧檢測的靈敏度。TOFD系統(tǒng)使用的脈沖電壓一般從100V至400V。

強(qiáng)天鵬 發(fā)表于 2012-4-11 10:49
與尖脈沖相比，方波激發(fā)的超聲信號(hào)頻帶更寬，脈沖更窄。用這樣的信號(hào)進(jìn)行檢測，信噪比更高，分辨力也更高。 ...

強(qiáng)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?yàn)槟幕貜?fù)中沒有圖片

學(xué)習(xí)了

強(qiáng)總在電脈沖激發(fā)晶片理論上做出了貢獻(xiàn)，理論高度超過了我看過的所有資料！真正的糟老頭子致敬！！

我在學(xué)校學(xué)習(xí)的ut教材，強(qiáng)總是副主編   向您致敬！