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4通道便携式硬化层深度检测系统 - 采用超声背散射技术无损评估和测量硬化层深度

基于背向散射特性的变化，该技术可以检测不同晶粒结构的过度变化。随着晶 粒尺寸的增大，超声背散射也随之增加，因为超声分散系数同有效晶粒尺寸的三次方成正比（前提条件是波长大于晶粒尺寸）。淬火通常会产生近表面细密晶粒变硬 结构层，该区域区别于未淬火的基体材料结构，尤其在晶粒大小上有着明显的区别。硬化的近表面层对超声波是近乎透明的，而粗大晶粒的基体材料层会产生明显的 超声背向散射，根据背向散射信号的幅值变化，就可以判定硬化层和基体的界面变化。

超声脉冲首先到达材料表面，然后扩展到硬化层和基体的界面，可以借助其经过的时间评估硬化层的深度。借助基体材料中的声束和入射角，利用下面的公式就可以计算出硬化层深度（Rht）：

其中:
V?= 基体材料中的声速
t?= 进入表面到基体材料界面之间经历的时间
β= 入射角度

在过渡区域，硬化的梯度变化越大，同破坏性方法得到的硬化层厚度值就越近似。该技术可用于最小1.0mm淬火层深度的检测，并可以用于复杂轮廓部件的硬化层深度测量，例如机轴弯头和轴向半径方向的检测。超声硬化层深度的可重复性小于实际硬化深度的2%。

背向散射超声信号具有明显的相干特点（相敏测量技术），为了提高测量数据的准确性，有必要对采集到的信号值进行取平均处理。而在有角度的试件（例如机轴）上，局部平均处理后，可以得到更精确的结果。转动过程中，对零散的背向散射信号进行叠加，然后取平均处理。

4-通道便携式硬化层深度检测系统是从第一代单通道测试技术的基础上发展起来的。该系列测厚仪配备了工业级的笔记本、台式机或者机柜式计算机，具有单通道 模拟发射器和4个接收器。数据采集软件可以自动切换4个通道，根据不同的表面形状，通过软件设定检测位置。软件一般基于WindowsX，也可以用户定 制。根据检测表面形状的的变化，为用户定制超声探头（常规20 MHz）和专门楔快，并进行整体封装。

模拟模块（发射和接收）

4通道E/A多路转换器，发射模块电压激发器，开关输入滤波器，可控前置放大器，模拟整流器。

• 发射电压范围：> 250 Vss at 50 Ω
• 频率范围：20MHz, ±30% (-3dB)
• 模式：脉冲回波

数字模块（A/D转换器）

模拟/数字转换，并对采集的数据进行平均处理

• 数字化率：80 MS/sec. (80MHz)
• A/DC分辨率：8-bit
• 信号处理：同步平均处理
• 时间分辨率：12.5 nsec

应用：

手动和自动（超声背散射）硬化层深度检测，主要用于热处理件，例如机轴、凸轮轴、凸轮定子、轴承和其他淬火件。

硬件：

检测仪器

1. 笔记本电脑，Beltronic BIT-RNB-A770 Pentium M 1.6GHz (14.1“ TFT)
2. USB DVD-R/RW
3. 标准PC端口，RS-232、LPT、PS/2、IEEE 1394、USB 2.0等
4. 3.5小时电池供电
5. WindowsXP? 专业版
6. 集成的超声硬件（模拟和数字）
7. 4个探头的连接器

超声检测单元

超声检测单元包含聚苯乙烯楔块和超声探头，探头集成在楔块里（见图1）。可以根据任意表面的形状，为用户定制检测楔块。探头通过双芯屏蔽或三芯屏蔽线连接到检测仪器上。

软件：

1. 软件包含一些用于检测设置的定制模块（数据采集，检测件、探头、楔块数据库，检测个性化设置，仪器和分析设置等），还包括测试和报告输出功能
2. 软件在设计上具有数据库扩展功能
3. 所有重要检测数据的存储功能
4. 集成的表格生成器。可以创建客户定制的检测报告。