CHƯƠNG 4.THIẾT BỊ SIÊU ÂM VÀ NHỮNG PHỤ KIỆN

Bộ điều khiển trễ khống chế bộ phát thời gian quét chờ trong một giai đoạn bằng với thời gian truyền trong nêm thủy tinh hữu cơ, trước khi cho điểm sáng của chùm điện tử quét bắt đầu từ

CHƯƠNG 4 THIẾT BỊ SIÊU ÂM VÀ NHỮNG PHỤ KIỆN

4.1 CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY DÒ KHUYẾT TẬT BẰNG SIÊU ÂM :

Về nguyên lý, thiết bị siêu âm và những phụ kiện gồm máy dò khuyết tật siêu âm, đầu dò và cáp dẫn, mẫu chuẩn, hệ thống hiển thị và ghi nhận số liệu, các bể nhúng, bộ gá đặt đầu dò và vật thể kiểm tra Những tính chất chính của máy dò khuyết tật và các hệ thống biểu diễn kết quả sẽ được trình bày trong chương này, còn các phần khác của thiết bị đã phân ra và đưa vào các chương thích hợp trong tài liệu này

Hình 1.4 trình bày sơ đồ khối của một hệ thống máy dò khuyết tật bằng siêu âm Bộ tạo thời gian quét và bộ phát sóng được khởi động đồng thời nhờ bộ định thời gian (mạch đồng hồ), khởi phát truyền xung siêu âm từ đầu dò cùng thời điểm chùm tia điện tử bắt đầu di chuyển ngang ống phóng cathode Khi sử dụng đầu dò đơn tinh thể, xung điện thế cấp từ bộ phát sóng tới đầu dò cũng đồng thời cấp vào bộ thu sóng, rồi được khuếch đại và hiển thị như chỉ thị tín hiệu “a” trên màn ảnh CRT (hình 4.1) Tín hiệu “a” đã được biết đến với các tên gọi

là “xung phản hồi truyền”, “xung truyền”, “xung phát” hoặc “xung phản xạ mặt trước”

Hình 4.1 – Các bộ phận chủ yếu của một hệ thống phát hiện khuyết tật bằng siêu âm.

Điểm sáng chùm điện tử liên tục quét ngang màn ảnh CRT ứng với sóng âm từ đầu dò truyền vào vật thể kiểm tra Khi sóng siêu âm gặp bề mặt phản xạ “b”, một phần của nó bị phản xạ ngược về đầu dò và được bộ thu sóng ghi lại và biểu diễn thành tín hiệu “b” trên màn hình CRT Phần còn lại truyền tới mặt đáy “c” của vật và bị phản xạ trở lại tạo ra tín hiệu “c” trên màn hình CRT Tín hiệu từ phản xạ bề mặt “b” và mặt đáy hoặc “tường sau”

Bộ thu sóng

Bộ định thời gian (Mạch đồng hồ)

Bộ phát xung

Bộ tạo thời gian quét

Nguồn nuôi Đến tất cả các mạch

“c” của vật được biết tương ứng là “xung phản hồi khuyết tật”, “xung phản hồi mặt sau” hoặc “xung phản hồi đáy”

Nếu vật thể kiểm tra trong hình 4.1 là thép tấm dày 25mm thì toàn bộ hoạt động trên chỉ diễn ra trong tám phần triệu giây (8µs) Tần số xung lặp lại (PRF) phải đủ lớn để hình ảnh trên máy đủ cho mắt thường có thể nhận biết được Mặt khác, với vật có bề dày 500mm, thời gian cần thiết để hoàn thành toàn bộ quá trình khoảng 160µs Nếu như dùng tần số xung lặp lại (PRF) cao trong trường hợp này, thì sự nhầm lẫn có thể xuất hiện do đầu dò sẽ phát xung siêu âm thứ hai trước khi thu được xung thứ nhất Tùy theo bề dày của vật thể kiểm tra, trong hầu hết các máy, tần số lặp lại xung có thể thay đổi từ 50 xung trong 1s (PPS) tới 1250 PPS Trong các thiết bị hiện đại, sự thay đổi này được thực hiện tự động theo việc đặt dải đo Nó sẽ điều chỉnh vận tốc chùm tia điện tử quét ngang qua màn hình CRT theo các dải đo khác nhau

Trong đầu dò tinh thể kép và phát sóng ngang có một nêm làm trễ bằng thủy tinh hữu cơ đặt giữa biến tử áp điện và bề mặt của vật thể kiểm tra Sóng âm truyền qua nó tốn một thời gian trước khi đến vật Để ngăn chặn điểm sáng chùm điện tử quét truyền đi một khoảng tỷ

lệ với thời gian truyền trong nêm thủy tinh hữu cơ, cần phải sử dụng bộ điều khiển trễ Bộ điều khiển trễ khống chế bộ phát thời gian quét chờ trong một giai đoạn bằng với thời gian truyền trong nêm thủy tinh hữu cơ, trước khi cho điểm sáng của chùm điện tử quét bắt đầu

từ vị trí điểm 0

4.1.1 Chức năng của các bộ phận điện tử trong một thiết bị siêu âm điển hình:

Những bộ phận chủ yếu của một máy dò khuyết tật siêu âm được mô tả trong hình 4.1 Chức năng của những bộ phận này được trình bày dưới đây :

4.1.1.1 Ống tia âm cực (cathode ray tube - CRT) :

Ống tia âm cực CRT (hình 4.2) bao gồm một cuộn dây đốt nóng H để đốt nóng cathode C làm cho nó bức xạ điện tử Các điện tử này được gia tốc với một điện áp giữa cathode C và anode A Chùm điện tử được hội tụ bởi hình trụ hội tụ F để làm cho nó xuất hiện trên màn huỳnh quang S của ống tia thành một chấm Khi các electron đi đến màn huỳnh quang S của ống tia chúng đi qua hai cặp bản làm lệch X và Y Một điện áp tác dụng lên các bản X làm lệch tia điện tử theo phương nằm ngang trong khi điện áp tác dụng lên các bản Y làm lệch tia điện tử theo phương thẳng đứng

Danh sách các núm điều khiển ống tia âm cực cùng tên các nhà sản xuất thường sử dụng được cho sau đây :

(i) Núm điều khiển độ sáng (Brightness) : độ sáng, độ chói, cường độ

(ii) Núm điều chỉnh hội tụ (Focus) : hội tụ, nét

(iii) Núm hội tụ phụ (Astigmation hay Auxiliary focus) : hội tụ theo phương thẳng đứng Núm này bổ chính cho sự nhòe của điểm sáng quét bằng cách thay đổi thời gian truyền của điểm sáng chùm điện tử quét khi nó bị lệch bởi điện áp tác dụng lên các bản thẳng đứng

(iv) Núm điều chỉnh dịch ngang ( X-Shift) : dịch ngang, đặt số 0, dịch X

(v) Núm điều chỉnh dịch dọc ( Y-Shift) : dịch dọc, dịch Y

Hình 4.2 – Cấu tạo của một ống tia âm cực (CRT).

4.1.1.2 Bộ tạo thời gian quét cơ bản :

Bộ tạo thời gian quét cơ bản tạo ra một điện áp răng cưa tác dụng lên các bản lệch X của ống tia CRT để làm cho tia điện tử chuyển động từ trái sang phải của ống tia với một vận tốc đều Vận tốc của tia điện tử phụ thuộc vào thời gian làm việc (tức là thời gian điện áp răng cưa tăng từ 0 đến giá trị cực đại) của điện áp răng cưa (hình 4.3) Thời gian làm việc càng ngắn thì tốc độ của tia điện tử càng lớn Trên thực tế chúng quan hệ mật thiết với bề dày của vật thể kiểm tra Nếu ta muốn biểu diễn toàn bộ bề dày của một mẫu trên màn hình CRT, chúng ta cần bảo đảm điểm sáng phải quét từ phải sang trái khi chùm sóng âm di chuyển tới đáy và quay về đỉnh của vật Đối với những mẫu mỏng chúng ta có thể cho điểm sáng chùm điện tử quét nhanh hơn, ngược lại đối với mẫu dày thì chúng phải di chuyển chậm lại Các máy dò khuyết tật có thể biểu diễn ngang qua màn hình CRT bất cứ vật liệu thép nào có bề dày từ 6mm đến khoảng 10m Do đó dải điều khiển tốc độ điểm sáng chùm điện tử quét cần phải rất lớn (từ khoảng 2µs đến khoảng 3500µs) Núm điều khiển cho phép thay đổi thời gian làm việc của điện áp răng cưa do vậy làm thay đổi vận tốc điểm sáng quét đưới dạng dải độ sâu hoặc dải kiểm tra Để ngăn sự quay ngược trở về của điểm sáng chùm điện tử quét gây ra một vết sáng trên màn hình, bộ tạo thời gian quét cơ bản đồng thời điều khiển độ sáng của điểm sáng quét bằng một xung điện thế vuông sao cho điểm sáng quét chỉ sáng trong thời gian làm việc của điện áp răng cưa (hình 4.4)

Đôi khi cần làm trễ xung điện kích phát khối tạo thời gian cơ bản so với xung điện làm nhiệm vụ kích phát bộ phát sóng Nhằm mục đích đó có một núm điều khiển, thường gọi là núm điều khiển trễ Ví dụ với đầu dò kép phát sóng ngang thường có nêm bằng thủy tinh hữu cơ Khi biến tử được kích họat, sóng âm phải truyền qua nêm thủy tinh hữu cơ trong một thời gian nào đó trước khi đi vào vật thể kiểm tra Nhưng chúng ta không muốn biểu diễn thời gian truyền trong nêm thủy tinh hữu cơ trên đường quét thời gian cơ bản Để thực hiện điều này phải dùng núm điều khiển gọi là núm điều khiển trễ, để điều khiển bộ tạo thời gian cơ bản đợi một khoảng thời gian bằng thời gian truyền âm trong nêm thủy tinh hữu cơ trước khi cho điểm sáng quét từ zero Núm điều khiển trễ cũng cho phép khởi động thời gian cơ bản khi âm đã truyền được một khoảng 200mm qua 225mm bề dày vật đến mức chỉ thấy 25mm sau cùng của vật trên màn ảnh máy

Ngang Dọc

Hình 4.3 : (a) Điện áp răng cưa của khối thời gian cơ bản

(b) Điện áp răng cưa với các thời gian làm việc khác nhau.

Hình 4.4 : Điện áp răng cưa cho quét thời gian cơ bản với xung vuông tương ứng để điều

khiển độ sáng.

4.1.1.3 Bộ phát sóng :

Bộ phát sóng còn được gọi là bộ tạo dao động, về cơ bản nó là mạch điện tử gồm có một thyratron, các tụ điện và cuộn cảm (LC) được mô tả trong hình 4.5 Mạch điện này nhận xung điều khiển từ bộ tạo thời gian cơ bản và cũng kích hoạt bộ tạo thời gian cơ bản hoạt động Xung điều khiển được nhận trễ hơn chút ít so với thời gian bắt đầu làm việc của điện thế làm lệch sao cho sự xuất hiện của xung phát trên màn hình CRT lệch sang bên phải chút

ít so với thời điểm bắt đầu của đường thời gian cơ bản

Sự xuất hiện của xung phát được coi như điểm zero của thang thời gian trễ hoặc thang độ sâu Xung điều khiển cấp đến thyratron để phát ra một điện áp do phóng điện đột ngột của

tụ điện đã được tích điện từ khoảng vài trăm đến 1000V Điện thế dao động này kích thích mạch vòng dao động bị giảm chấn tạo thành một xung phát

Thời gian làm việc

Thời gian làm việc

Thời gian

(a)

(b)

Thời gian

Thời gian

Các hiệu chỉnh khác nhau có thể được thực hiện trên mạch cơ bản này để tạo ra các xung có biên độ, hình dạng và độ dài mong muốn Ví dụ trong thiết bị hiện đại, thyratron được thay thế bởi những thyristor và đôi khi bằng transistor thác Quá trình giảm chấn có thể được tăng lên bằng cách mắc thêm điện trở song song với cuộn cảm, cho phép điều chỉnh được các đặc tính của xung Hình dạng của xung phát cũng được xác định bằng cách nối đầu dò vào thiết bị Trong một số thiết bị các cuộn cảm không đặt bên trong thiết bị mà đặt trong đầu dò sao cho dao động xung có thể chỉ xuất hiện sau khi đầu dò được nối Không có đầu

dò thì xung này chỉ là xung điện áp ngắn

Hình 4.5 : Mạch điện thực tế của bộ phát sóng trong một máy dò khuyết tật siêu âm.

Bộ phát sóng cấp một xung điện áp hẹp cỡ 300 – 1000V cho biến tử áp điện trong đầu dò

Về phần mình, biến tử áp điện biến đổi xung điện áp này thành sóng siêu âm Trong một số máy còn có núm điều khiển tần số, biên độ của xung điện, trong khi một số máy khác điều khiển này là tự động Tần số và độ rộng của xung siêu âm phụ được điều khiển tương ứng theo độ dày và độ giảm chấn dao động của biến tử áp điện trong đầu dò

4.1.1.4 Bộ thu sóng :

Biến tử siêu âm thu nhận các xung từ bộ phát sóng siêu âm truyền vào vật thể kiểm tra bị phản xạ ngược trở lại từ các mặt phân cách cũng như từ những bất liên tục hiện diện trong vật thể kiểm tra trở về đầu dò Sóng âm phản xạ được đầu dò thu nhận bởi và được biến đổi trở lại thành xung điện thế Trong khi các xung điện thế cấp cho đầu dò là khoảng vài trăm volt, thì những xung quay trở về lại đầu dò lại rất yếu chỉ khoảng 1/1000 đến 1V Những xung yếu này cần được khuếch đại trước khi đưa vào bộ hiện sóng Để thực hiện điều này, trong bộ phát sóng sẽ có bộ tiền khuếch đại, bộ khuếch đại, bộ tách sóng và bộ suy giảm Bộ tiền khuếch đại để khuếch đại những tín hiệu xung phản hồi nhỏ và nâng chúng lên trên mức nhiễu điện Bộ khuếch đại sẽ khuếch đại bất kỳ xung điện áp nào do đầu dò cung cấp

Hệ số khuếch đại cỡ 105 Trong phần lớn các thiết bị, bộ khuếch đại cho dải rộng dải tần số

từ 1 đến 15MHz và không cần có núm điều hưởng bộ khuếch đại theo tần số của đầu dò

Điện trở

Điện thế + 500V DC

Biến tử Khối giảm chấn

Tụ điện Nạp điện/Phóng điện

Khóa đóng ngắt điện

SCR hoặc thyratron

Điện trở

Đầu nối phát

Bề rộng xung (Năng lượng xung)

Cuộn dây Chất tiếp âm

Vật thể kiểm tra

Hình 4.6 : Sơ đồ thực tế của bộ thu sóng và những dạng sóng.

Trong một số trường hợp, thiết bị dải tần hẹp nên cần thêm núm điều hưởng theo tần số đầu

dò Nói chung có hai loại thiết bị khuếch đại được phân loại theo cách khuếch đại Loại thứ nhất là bộ khuếch đại tuyến tính, ở đó các chỉ thị biên độ xung phản hồi trên màn hình tỷ lệ với điện áp ghi nhận của đầu dò, và loại thứ hai là bộ khuếch đại loga trong đó biên độ xung phản hồi tỷ lệ theo logarit điện áp đầu dò Vì biên độ xung phản hồi thường sử dụng đơn vị decibels (dB) cũng là đại lượng theo loga nên bộ khuếch đại loga có ưu điểm là cho sự tỷ lệ của bộ khuếch đại theo dB (Xem phần 4.2.1 và 4.3.1)

Phần tách sóng trong bộ thu sẽ tách lấy tín hiệu điện áp để dễ quan sát Trong một số thiết bị

có thêm một núm điều khiển để quan sát tín hiệu thu hoặc trạng thái có tách sóng hoặc không tách sóng Bộ suy giảm trong bộ thu được dùng để thay đổi biên độ tín hiệu khi cần Núm điều khiển thực hiện công việc này được gọi là “núm điều khiển độ lợi/khuếch đại” và được chuẩn theo thang Decibel (dB) Nó điều chỉnh tín hiệu từ đầu dò đưa vào bộ khuếch đại chính, để người vận hành có thể duy trì trên màn ảnh máy độ cao xung phản hồi từ mặt phản xạ nhằm đánh giá kích thước khuyết tật bằng kỹ thuật so sánh chiều cao xung Một núm điều khiển khác có tên gọi là “núm loại nhiễu” hoặc “núm triệt nhiễu” được đặt trong

bộ thu nhằm loại bỏ các chỉ thị nhiễu ngẫu nhiên như “tín hiệu xung cỏ” thường xuất hiện trên màn hình CRT Hình 4.6 trình bày sơ đồ của một bộ thu sóng thực tế

4.1.1.5 Mạch đồng hồ/mạch định thời gian:

Mạch đồng hồ hay mạch định thời gian cấp các xung điện để kích phát bộ phát thời gian cơ bản và bộ phát sóng hoạt động tại cùng một thời điểm Các xung này được phát lặp đi lặp lại

để tạo ra vết quét trên màn hình được ổn định và sáng rõ Tần số mà các xung này được tạo

ra gọi là tần số lặp lại của xung (PRF) Trong một số máy có một núm để điều chỉnh PRF còn trong một số khác việc điều chỉnh này được thực hiện một cách tự động

4.1.1.6 Các cổng kiểm tra và mạch kiểm soát tín hiệu :

Từ đầu dò

Khuếch đại

tần số cao

Bộ suy giảm

Khuếch đại tần số cao

Máy dò

Bộ lọc

Bộ khuếch đại hình ảnh

Đến trục thẳng đứng của màn hình Chỉnh lưu nửa chu kỳ (Cắt bỏ tín hiệu âm)

Chỉnh lưu toàn chu kỳ (Biểu diễn tín hiệu âm lên trục dương)

T

F B

T

Đánh giá bằng mắt các dấu hiệu trên màn hình thường bị chậm, không phù hợp cho kiểm tra nhanh và liên tục Nên mong muốn các số liệu kiểm tra như : biên độ phản hồi, thời gian truyền xung cần được biến đổi thành các tín hiệu điện để có thể phát hiện nhanh chóng, dễ dàng Điều này được thực hiện nhờ trợ giúp của các mạch kiểm soát sẽ biểu diễn xung phản hồi ở dạng tín hiệu báo động khi có tín hiệu xuất hiện trong vùng thời gian truyền chọn trước (thường gọi là cổng kiểm tra) có biên độ vượt quá ngưỡng đã định Thường trên màn hình thiết bị chúng hiển thị dưới dạng cổng hoặc dạng thay đổi độ sáng trên đường quét thời gian Vị trí cũng như bề rộng của cổng kiểm tra này có thể thay đổi Điểm bắt đầu của cổng kiểm tra thường đặt ngay sau xung phát một chút Có thể sử dụng một số cổng kiểm tra để kiểm soát đồng thời các vùng đo khác nhau

Về mặt điện tử, mạch kiểm soát gồm bộ khuếch đại nhận xung điện áp giống như màn hình CRT, tuy nhiên nó chỉ truyền đi phần mong muốn của xung điện áp này trong một khoảng thời gian truyền ứng với cổng kiểm tra Điện áp cổng kiểm soát được đồng bộ bởi tần số xung lặp lại - PRF của thiết bị

Tín hiện báo động ra từ mạch kiểm soát có thể được dùng để kích hoạt thiết bị âm thanh (còi hoặc chuông) hoặc tín hiệu nhìn thấy (đèn)… Nó cũng dùng để đóng mở các họat động khác của thiết bị như dừng mẫu kiểm tra khi phát hiện khuyết tật trong một dây chuyền kiểm tra liên tục hoặc là bật mở thiết bị đánh dấu như là súng phun sơn để đánh dấu vị trí khuyết tật trên mẫu kiểm tra

4.1.2 Các loại thiết bị kiểm tra siêu âm :

4.1.2.1 Thiết bị xách tay :

Các thiết bị xách tay được chế tạo để kiểm tra tại hiện trường, do đó thiết kế của chúng phải dựa vào các yếu tố sau :

(i) Vận hành dễ dàng, dễ thực hiện kiểm tra

(ii) Kích cỡ phải nhỏ gọn và

(iii) Càng nhẹ càng tốt

Vì vậy những thiết bị này sẽ chuyên dụng trong một số ứng dụng đặc biệt như : kiểm tra mối hàn, kiểm tra các vật đúc và đo bề dày.v.v…Những thiết bị này chỉ có những núm điều khiển cần thiết chủ yếu Trong kiểm tra các vật đúc thường sử dụng những tần số thấp vì vật đúc có cấu trúc hạt thô nên thiết bị được thiết kế ở tần số thấp

Máy đo bề dày là một thiết bị siêu âm đặc biệt không có núm điều khiển hoặc chỉ có một đến hai núm điều khiển Chúng có màn hình dạng analogue hoặc số hóa Các loại thiết bị đo

bề dày hiện đại thường là loại hiện số Số lượng núm điều khiển phụ thuộc vào ứng dụng của nó Nếu sử dụng để đo bề dày cho chuyên một vật liệu thì thường không có núm điều khiển nào Thiết bị dùng để đo bề dày của một số vật liệu đã biết tính chất về âm, thường có một núm điều khiển để điều chỉnh về zero hoặc điều khiển trễ Những thiết bị như vậy cần

có một mẫu độ dày để chuẩn Những thiết đo bề dày các vật liệu chưa biết đặc tính âm, thường có hai núm điều khiển : một là để điều điểm zero (điều khiển trễ) và một điều chỉnh dải kiểm tra Vì vậy cần phải có mẫu có hai bề dày khác nhau biết trước để chuẩn Ngoài ra còn có các thiết bị đo bề dày chính xác rất cao thường dùng để đo chính xác các chi tiết máy, loại máy này có giá thành rất cao

Tất cả các thiết bị xách tay đều là dạng đơn kênh, có nghĩa là nó có thể làm việc với các đầu

dò đơn tinh thể hoặc với đầu dò tinh thể kép Các thiết bị này thường được điều khiển bằng tay Các thiết bị xách tay hoạt động được với cả pin và điện nguồn

4.1.2.2 Thiết bị phòng thí nghiệm :

Các thiết bị trong phòng thí nghiệm thường được sử dụng để phát triển các kỹ thuật kiểm tra siêu âm Những thiết bị này rất đa năng và có rất nhiều núm điều khiển cho phép người vận hành phát triển kỹ thuật kiểm tra có kết quả tối ưu Vì vậy những thiết bị này rất lớn, nặng

nề và giá thành cao Nói chung, đây là các thiết bị một kênh và có thể vận hành bằng tay và

tự động

4.1.2.3 Thiết bị kỹ thuật số :

Các máy dò khuyết tật siêu âm thông thường vận hành bằng tay thường có gắn một màn hình hiện sóng để biểu diễn những thông tin phát ra từ thiết bị Dọc theo trục X là thang biểu diễn thời gian được điều khiển bởi mạch quét, dọc theo trục Y biểu diễn biên độ xung

từ đầu dò sau khi qua mạch thu - khuếch đại Hiệu ứng kết hợp của hai mạch điều khiển này

là dạng liên tục, biến đổi tương tự (analog), hoặc vẽ trên màn hình

Nói chung, các thiết bị analog thông thường sử dụng rất tốt cho phát hiện khuyết tật và đo

bề dày Tuy nhiên, việc sử dụng những thiết bị này để phát hiện và đánh giá xác định kích thước khuyết tật lại không thông dụng vì nhiều lý do khác nhau Kỹ thuật siêu âm bị xem là kém hơn phương pháp chụp ảnh bức xạ Ví dụ như : khó thực hiện được việc ghi lại kết quả kiểm tra một cách vĩnh viễn Thêm vào đó màn hình hiển thị không cho thấy được hình ảnh khuyết tật nằm bên trong, dù khuyết tật có thể được vẽ ra dựa trên các quan hệ hình học đơn giản, và cả bằng sự am hiểu về quá trình tác động chùm tia siêu âm lên khuyết tật thì đó cũng là quá trình rất tốn thời gian và làm hạn chế độ chính xác Biểu đồ khuyết tật phải thực hiện vẽ bằng tay vì khả năng giới hạn của thiết bị thao tác điều khiển các tín hiệu

Trong cố gắng khắc phục những hạn chế này, gần đây người ta đã chế tạo ra các thiết bị siêu

âm kỹ thuật số đáp ứng tốt hơn các thiết bị biến đổi tương ứng (analog) Trong trường hợp này, biến tử phát tín hiệu analog được số hoá bởi một mạch biến đổi từ analog sang số hóa (ADC) nằm bên trong thiết bị Các tín hiệu số hoá được điều khiển bởi bộ vi xử lý bên trong nhằm điều khiển màn hình và lưu trữ dữ liệu

Tùy thuộc độ phức tạp của thiết bị, số liệu siêu âm dạng số có thể được hiển thị dưới nhiều dạng khác Những hệ thống siêu âm tự động tinh vi có thể tạo ra các biểu diễn ảnh kích thước hai hoặc ba chiều từ các số liệu siêu âm Mặc dù chúng có những ứng dụng hữu hiệu như vậy, nhưng các hệ thống này không quá đắt tiền nếu chỉ sử dụng cho các ứng dụng thông thường Những máy dò khuyết tật kỹ thuật số dù có giá thành thấp hơn cũng cho biểu diễn kết quả giống như thiết bị analog, nhưng có thêm một số tính chất của thiết bị biểu diễn dạng quét C-scan đắt tiền hơn

 Một số tính chất thông thường của máy dò khuyết tật kỹ thuật số được tóm tắt dưới đây :

Bộ nhớ chuẩn định: Các thống số thiết lập như vận tốc sóng âm, độ khuếch đại, dải kiểm tra, góc, tần số của đầu dò.v.v… được đưa vào lúc ban đầu hiển thị trên màn hình Những thông tin này được giữ lại trong bộ nhớ cho đến khi chúng bị thay đổi và

có thể được hiển thị tại bất cứ thời điểm nào đó trong quá trình kiểm tra Thêm vào đó, những thiết bị này có thể lưu trữ một số công việc đã chuẩn định để có thể gọi lại vào những thời điểm sau này Đây là tính chất hữu ích khi thường xuyên phải thực hiện kiểm tra những công việc chuyên biệt nào đó

 Núm triệt nhiễu (reject) tuyến tính : Chức năng của núm này nhằm cải thiện tỷ số tín hiệu và nhiễu bằng cách lọc ra các tín hiệu có biên độ thấp và phông nhiễu (nhiễu cỏ)

Trong các thiết bị analog, khi sử dụng núm triệt nhiễu (reject) sẽ gây mất quan hệ tuyến tính giữa các biên độ tín hiệu Vì lý do này một số quy phạm không cho phép sử dụng chức năng này Tuy nhiên trong máy dò khuyết tật kỹ thuật số vẫn duy trì được

độ tuyến tính của tín hiệu khi sử dụng núm triệt nhiễu (reject)

 Núm hiệu chỉnh biên độ – khoảng cách : khi so sánh những chỉ thị tại các độ sâu khác nhau trong vật thể kiểm tra phải tính đến sự suy giảm của chùm tia siêu âm Điều này đạt được khi sử dụng kết hợp với bộ hiệu chỉnh biên độ – khoảng cách, hay DAC Trong nhiều thiết bị analog, đường DAC phải vẽ bằng tay trên màn hình của máy dò khuyết tật Điều này có thể thực hiện về mặt điện tử trong các thiết bị kỹ thuật số (Một vài máy dò khuyết tật analog cũng có đường DAC điện tử xây dựng sẵn trong máy)

 Chức năng xác định đỉnh xung hoặc trung bình hóa: Các khả năng bộ nhớ của thiết bị

kỹ thuật số cho phép máy dò khuyết tật chọn đỉnh đặc trưng hiển thị trên màn hình Nó cũng có thể đưa vào chức năng trung bình hóa tín hiệu cho các số liệu ghi nhận Cả hai chức năng này đều hữu ích trong việc cải thiện tỷ số tín hiệu và nhiễu

 Xác định tự động vị trí các phần tử phản xạ: vị trí của một chỉ thị trong vật thể kiểm tra có liên quan đến vị trí của đầu dò, được xác định từ các quan hệ hình học đơn giản bằng cách khi biết được góc của đầu dò và quãng đường truyền âm Khi sử dụng thiết

bị analog, điều này phải tính toán bằng tay Còn các thiết bị kỹ thuật số, các tính toán này được thực hiện một cách tự động Điều này tạo thuận lợi rất lớn trong việc đánh giá kích thước khuyết tật

 Các chức năng lưu trữ số liệu ghi được: các hình ảnh trên màn hình có thể được lưu trữ vĩnh viễn khi sử dụng băng video hoặc máy in biểu đồ chuyên dụng Nó cũng có thể ghi lại toàn bộ quá trình kiểm tra vào băng video (VCR) Một cổng RS232 được sử dụng để truyền tín hiệu số vào máy tính

4.1.2.4 Thiết bị đo bề dày kỹ thuật số :

So với thiết bị đo bề dày analog thì thiết bị đo bề dày kỹ thuật số được sử dụng rộng rãi hơn

vì chúng rất gọn nhẹ, độ chính xác cao và quy trình vận hành đơn giản hơn Thiết bị đo bề dày kỹ thuật số trên thị trường hiện nay được phân loại như sau :

(a) Thiết bị đo độ dày đã chuẩn định sẵn:

Những thiết bị này dùng để đo nhanh bề dày của những vật đã biết trước loại vật liệu Chúng không cần người hiệu chuẩn, do đó có thể sử dụng nhanh chóng và kết quả hoàn toàn tin cậy, thậm chí người vận hành không cần phải huấn luyện Các thiết bị này cho độ chính xác đến khoảng ± 0,1mm trên toàn phạm vi dải đo của chúng

(b) Thiết bị đo độ dày phải chuẩn trước:

Loại thiết bị này cần cho đo độ dày của những vật liệu khác nhau và có độ chính xác cao Chúng có một hoặc hai núm hiệu chuẩn Với thiết bị đo độ dày có một núm hiệu chỉnh (chuẩn đơn) có quy trình vận hành đơn giản nên không cần người kiểm tra có kỹ năng cao, tuy nhiên chúng cũng có hai hạn chế sau :

(i) Đểvận hành, cần phải biết vận tốc sóng âm của vật liệu kiểm tra

(ii) Do những thiết bị này được chuẩn trước với một bề dày, thường khoảng 5mm, nên độ chính xác đo của chúng giảm nhanh khi bề dày đo nằm ngoài giá trị này

Những hạn chế nêu trên của các thiết bị đo bề dày chuẩn đơn được khắc phục bằng cách sử dụng các thiết bị đo bề dày có hai núm hiệu chuẩn (chuẩn kép) Các thiết bị này cần hai bề

dày chuẩn nằm trong dải bề dày cần đo và tiến hành hiệu chuẩn theo quy trình chuẩn định Nếu có các bề dày chuẩn thích hợp và việc chuẩn định được thực hiện rất cẩn thận thì độ chính xác của loại thiết này trong đo độ dày thực tế có thể đạt đến khoảng ± 0,001mm Một

số thiết bị đo độ dày kỹ thuật số có thể sử dụng được như thiết bị chuẩn đơn hoặc chuẩn kép

Những tình huống, máy dò khuyết tật được sử dụng thay cho máy đo độ dày là:

(i) Khi bề dày quá lớn hoặc vật liệu của vật thể kiểm tra gây suy giảm sóng âm mạnh (như gang xám, nhựa, hoặc cao su) đến mức xung đáy quá yếu không thể dừng mạch đếm

(ii) Khi muốn kết hợp việc đo bề với phát hiện khuyết tật, thí dụ trường hợp đo bề dày các bề mặt bị rỉ mòn và phát hiện các vết nứt do ăn mòn

4.1.2.5 Thiết bị đo bề dày biểu diễn dạng quét A (A – Scan) :

Ngày nay các nhà chế tạo thiết bị siêu âm đã kết hợp cả hai loại hiện số và biểu diễn xung phản hồi trên cùng một thiết bị Điều này cho phép kỹ thuật viên quan sát được các xung phản hồi và nhận thấy được các xung phản hồi yếu hơn từ những hốc rỉ mòn sâu hơn nhờ cổng điện tử trong thiết bị đo bề dày Để có thể giải đoán những hiện tượng như vậy, kỹ thuật viên cần phải được huấn luyện và quen thuộc với những hình ảnh sóng âm phản xạ từ các mặt đáy rỉ mòn hoặc gồ ghề 10 phút huấn luyện sử dụng thiết bị đo kỹ thuật số là không

đủ cho một kỹ thuật viên phát hiện sự rỉ mòn bằng siêu âm

4.1.2.6 Thiết bị tự động hóa :

Các hệ thống tự động hóa được sử dụng khi cần kiểm tra một số lượng lớn các sản phẩm giống nhau Hệ thống này chủ yếu bao gồm một hoặc nhiều đầu dò giống nhau gắn với vật thể kiểm tra nhờ một khối điều khiển và dịch chuyển ngang qua vật thể kiểm tra theo một sơ

đồ quét định trước (hình 4.7) Một sơ đồ đơn giản của hệ thống phát hiện khuyết tật tự động

4 kênh được biểu diễn trong hình 4.8 Các tín hiệu siêu âm được xử lý nhờ khối đánh giá (giống như máy dò khuyết tật siêu âm) và biểu diễn trên màn hình CRT Tất cả dữ liệu đo cùng với thông số vị trí đầu dò sẽ được chuyển vào máy tính để xử lý và đánh giá Báo cáo kiểm tra được in ra bằng máy in Máy tính cũng điều khiển các thiết bị đánh dấu và phân loại để đánh dấu các vị trí khuyết tật trên đối tượng kiểm tra Các đối tượng kiểm tra có các khuyết tật không chấp nhận sẽ bị loại bỏ Ngoài ra, máy tính còn điều khiển sự dịch chuyển vật thể kiểm tra và điều khiển tín hiệu xác định các điều kiện kiểm tra

Hình 4.7 : Quét tự động các ống, thanh, mối hàn, tấm phẳng với nhiều đầu dò.