概述

這套實(shí)驗(yàn)設(shè)備可以對(duì)超聲技術(shù)的基本物理技術(shù)以及在醫(yī)學(xué)，自然科學(xué)和工程科學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)，可以學(xué)習(xí)回波鏡測(cè)量技術(shù)的基本技術(shù)術(shù)語，也可以了解超聲的基本物理特性。

通過GS200超聲波回波鏡（10400）和相關(guān)軟件，可以清楚地演示從發(fā)射脈沖到反射回波，再到A掃描（A-Scan）和B掃描（B-Scan）圖像的信號(hào)生成和處理。實(shí)驗(yàn)的要素包括傳輸功率，接收增益和時(shí)間增益控制（TGC），探頭頻率和耦合等基本技術(shù)術(shù)語。

在物理特性中，尤其是振幅，頻率依賴性，聲速，衰減和反射系數(shù)等變量都是研究的對(duì)象。 通過演示超聲波B-Scan圖像，無損檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)以及簡(jiǎn)單的工業(yè)應(yīng)用（如液位測(cè)量），可以學(xué)習(xí)進(jìn)一步學(xué)習(xí)超聲在醫(yī)學(xué)，自然科學(xué)和工程科學(xué)中的應(yīng)用的。借助其他設(shè)備或附件，還可以將物理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展到有趣的主題，例如頻譜研究，共振效應(yīng)和超聲波散射。

實(shí)驗(yàn)課程覆蓋

1. 脈沖回波方法（A掃描）的基礎(chǔ)

2. 固體中的聲速

3. 分辨率功率的頻率依賴性

4. 超聲波B掃描

5. 無損檢測(cè)（NDT）

6. 液位測(cè)量

方案包含以下設(shè)備  

10400   超聲波回波鏡GS200   1套     

10151   超聲波探頭1 MHz   1套     

10152   2個(gè)超聲波探頭2 MHz   1套     

10154   超聲波探頭4 MHz   1套     

10201   測(cè)試塊（透明）   1套     

10207   測(cè)試柱套件   1套     

70200   超聲波凝膠   1瓶     

實(shí)驗(yàn)1   脈沖回波方法（A掃描）的基礎(chǔ)

實(shí)驗(yàn)主題

通過脈沖回波方法檢查內(nèi)置有不連續(xù)性的樣品。 從樣品的不同側(cè)面進(jìn)行幅度掃描。 檢查并分析記錄在A掃描圖像中的回波信號(hào)。

實(shí)驗(yàn)的理論和實(shí)踐方面

脈沖回波方法構(gòu)成了非侵入性醫(yī)學(xué)診斷和非破壞性測(cè)試中許多成像方法的基礎(chǔ)。 在這種方法中，電脈沖通過超聲波探頭轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)。 這些耦合到被檢查的樣本中，并作為聲波通過。 在不連續(xù)處反射的波返回到探頭，并轉(zhuǎn)換回電信號(hào)。 該信號(hào)的振幅按時(shí)間順序記錄（振幅掃描）以圖形方式成像為所謂的超聲A掃描圖像。 根據(jù)A掃描圖像中的反射回波，可以確定飛行時(shí)間，計(jì)算出材料中的聲速以及檢測(cè)到的樣品中的不連續(xù)性。

實(shí)驗(yàn)2   固體中的聲速

實(shí)驗(yàn)主題

在實(shí)驗(yàn)中，丙烯酸酯的縱向聲速將在兩個(gè)不同的聲頻下進(jìn)行檢查和確定。 為此，根據(jù)脈沖回波方法（超聲波A掃描）在三個(gè)不同長(zhǎng)度的丙烯酸圓柱體上進(jìn)行飛行時(shí)間測(cè)量。

實(shí)驗(yàn)的理論和實(shí)踐方面

超聲波在材料中傳播的速度取決于材料，該速度可能與頻率相關(guān)。 在氣體和液體中，聲音的傳播僅以縱波的形式發(fā)生。 另一方面，在固體中，由于其彈性特性，也會(huì)產(chǎn)生剪切波。 剪切波和縱向波通常以不同的速度傳播。 可以通過使用脈沖回波方法的飛行時(shí)間測(cè)量，簡(jiǎn)單地確定在具有垂直聲耦合的固體中生成的縱波的聲速。 通過使用不同長(zhǎng)度的樣本和具有不同頻率的聲音探頭，實(shí)驗(yàn)的目的是陳述聲音傳播的頻率依賴性以及由所使用的超聲波探頭的結(jié)構(gòu)引起的誤差源。

實(shí)驗(yàn)3   分辨率功率的頻率依賴性

實(shí)驗(yàn)主題

基于兩個(gè)較小且間隔很近的不連續(xù)點(diǎn)，研究了兩個(gè)不同頻率的超聲波探頭的軸向分辨率。 通過分析記錄的A掃描圖像，證明了波長(zhǎng)，頻率，脈沖長(zhǎng)度和分辨率功率之間的聯(lián)系。

實(shí)驗(yàn)的理論和實(shí)踐方面

超聲系統(tǒng)的調(diào)查方法是基于將測(cè)試區(qū)域中某個(gè)點(diǎn)上的信息準(zhǔn)確分配給已記錄的超聲回波。 因此，超聲探頭的分辨能力極為重要。 分辨率能力可以描述為兩點(diǎn)之間的最小可能距離，其回聲仍然可以單獨(dú)檢測(cè)到。 在實(shí)驗(yàn)中，將使用1 MHz探頭和4 MHz探頭研究測(cè)試塊中的兩個(gè)相鄰不連續(xù)點(diǎn)。 選擇不連續(xù)性的大小，位置和間距，以便僅使用兩個(gè)測(cè)試探針之一才能進(jìn)行區(qū)分。 這樣，可以清楚地顯示出頻率對(duì)超聲波探頭的軸向分辨率功率的影響。

實(shí)驗(yàn)4   超聲波B掃描

實(shí)驗(yàn)主題

通過使用超聲波回波鏡“手動(dòng)”記錄簡(jiǎn)單測(cè)試對(duì)象的超聲波截面圖像，可以清楚地說明B掃描方法的基本原理。 研究和分析了有關(guān)掃描質(zhì)量的特殊功能，例如聲聚焦，空間分辨率或成像錯(cuò)誤。

實(shí)驗(yàn)的理論和實(shí)踐方面

將幅度掃描的幅度值轉(zhuǎn)換為灰度或顏色值，以及將飛行時(shí)間表示為穿透深度會(huì)產(chǎn)生具有不同亮度和/或顏色值的點(diǎn)線。 在測(cè)試區(qū)域上沿著一條線引導(dǎo)的超聲波探頭的這種相鄰深度掃描的串在一起會(huì)產(chǎn)生斷層圖像，即所謂的B掃描圖像。 沿著這條線的定位基于探頭的位置及其移動(dòng)速度。 獲得B掃描圖像的一種簡(jiǎn)單方法是用手緩慢引導(dǎo)超聲探頭（復(fù)合掃描）。 掃描質(zhì)量在此取決于掃描點(diǎn)的坐標(biāo)準(zhǔn)確傳遞，超聲探頭的軸向和橫向分辨率，灰度和/或色值分辨率，行數(shù)和成像誤差。 為了實(shí)現(xiàn)例如 要獲得精確的橫向分辨率，還需要一個(gè)附加的坐標(biāo)記錄系統(tǒng)，例如線性掃描儀。

實(shí)驗(yàn)5   無損檢測(cè)（NDT）

實(shí)驗(yàn)主題

為了根據(jù)脈沖回波方法定位并確定不連續(xù)的大小，針對(duì)常規(guī)超聲探頭對(duì)超聲設(shè)備進(jìn)行了校準(zhǔn)。 為此，使用時(shí)間增益控制（TGC）編譯DGS圖（距離增益大小），并在DGS圖中為一系列不同深度的相同大小的替換反射器設(shè)置水平評(píng)估線。

實(shí)驗(yàn)的理論和實(shí)踐方面

對(duì)于根據(jù)垂直回聲耦合的脈沖回波方法進(jìn)行的超聲測(cè)試，使用標(biāo)準(zhǔn)的普通探頭。 不連續(xù)性的定位在此通過聲波的反射來實(shí)現(xiàn)，其中飛行時(shí)間充當(dāng)對(duì)不連續(xù)性深度的度量。 相反，由于材料衰減和聲場(chǎng)特性，尺寸的精確確定通常是有問題的。 大空間擴(kuò)展的不連續(xù)性的大小可以通過掃描來確定。 通過從距離增益尺寸圖中與理想的替換反射器進(jìn)行比較，可以確定小的不連續(xù)點(diǎn)的大小。 在實(shí)驗(yàn)中，將使用帶有定義的替換反射器（不同大小和深度的鉆孔）的測(cè)試塊制作此類DGS圖。

實(shí)驗(yàn)6   液位測(cè)量

實(shí)驗(yàn)主題

在實(shí)驗(yàn)中，為任何形狀的兩相液體罐建立超聲波液位測(cè)量。 記錄填充量的校準(zhǔn)曲線，并根據(jù)定義的填充量進(jìn)行檢查。 超聲波限位開關(guān)已經(jīng)過測(cè)試，可以地填充儲(chǔ)罐。

實(shí)驗(yàn)的理論和實(shí)踐方面

對(duì)于大量的工業(yè)過程，特別是工業(yè)過程的自動(dòng)化，液位計(jì)例如在油庫中，反應(yīng)堆，收集罐等。以及不同的機(jī)械，電容，光學(xué)和電磁傳感器，在許多領(lǐng)域，超聲波傳感器也用于液位測(cè)量。它們幾乎可以在任何介質(zhì)中使用，包括多種材料彼此疊置，形成泡沫甚至在腐蝕性的液體中使用，因?yàn)樗梢詮耐獠客ㄟ^容器壁進(jìn)行測(cè)量。在實(shí)驗(yàn)中，液位測(cè)量裝置配置為連續(xù)測(cè)量。對(duì)于兩種不同的液體（水和油），確定了可檢測(cè)的最小填充量，并對(duì)每種液體進(jìn)行了體積校準(zhǔn)。借助于校準(zhǔn)，在兩種液體的兩層系統(tǒng)上進(jìn)行液位測(cè)量。此外，記錄并分析用于限位開關(guān)的合適超聲波信號(hào)。

各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備表格