理化检测与质检技术无损检测

利用声学特性的无损检测技术___超声波检测技术无损检测导论（2005年元月电子修订版）夏纪真 编著 第二章无损检测技术及其应用 无损检测技术的基础是物质的各种物理性质或它们的组合以及与物质相互作用的物理现象。迄今为止，包括在工业领域已获得实际应用的和已在实验室阶段获得成功的无损检测方法已达五、六十种甚至更多，随着工业生产与科学技术的发展，还将会出现更多的无损检测方法与种类。本书仅能就几个主要方面作简单扼要的介绍。除了对于工业上已经广泛应用的五大常规无损检测技术（超声波检测、磁粉检测、涡流检测、渗透检测和射线照相检测）给予一定的工艺介绍外，对其他方法仅作概念性介绍。若需对其中某项方法作深入了解时，应查阅相应方法的专业技术介绍资料。§2.1 利用声学特性的无损检测技术§2.1.1 超声波检测技术什么是超声波？超声波有什么特性？声波是指人耳能感受到的一种纵波，其频率范围为16Hz~2KHz。当声波的频率低于16Hz时就叫做次声波，高于2KHz则称为超声波。一般把频率在2KHz到25MHz范围的声波叫做超声波。它是由机械振动源在弹性介质中激发的一种机械振动波，其实质是以应力波的形式传递振动能量，其必要条件是要有振动源和能传递机械振动的弹性介质（实际上包括了几乎所有的气体、液体和固体），它能透入物体内部并可以在物体中传播。利用超声波在物体中的多种传播特性，例如反射与折射、衍射与散射、衰减、谐振以及声速等的变化，可以测知许多物体的尺寸、表面与内部缺陷、组织变化等等，因此是应用最广泛的一种重要的无损检测技术--超声检测技术。例如用于医疗上的超声诊断（如B超）、海洋学中的声纳、鱼群探测、海底形貌探测、海洋测深、地质构造探测、工业材料及制品上的缺陷探测、硬度测量、测厚、显微组织评价、混凝土构件检测、陶瓷土坯的湿度测定、气体介质特性分析、密度测定……等等。超声波具有如下特性：1）超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。2）超声波可传递很强的能量。3）超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。4）超声波在液体介质中传播时，达到一定程度的声功率就可在液体中的物体界面上产生强烈的冲击（基于“空化现象”）--从而引出了“功率超声应用“技术--例如“超声波清洗”、“超声波钻孔”、“超声波去毛刺”（统称“超声波加工”）等。5）利用强功率超声波的振动作用，还可用于例如塑料等材料的“超声波焊接”。工业无损检测技术中应用的超声波检测（UltrasonicTesting，简称UT）是无损检测技术中发展最快、应用最广泛的无损检测技术，占有非常重要的地位。在超声波检测技术中用以产生和接收超声波的方法最主要利用的是某些晶体的压电效应，即压电晶体（例如石英晶体、钛酸钡及锆钛酸铅等压电陶瓷）在外力作用下发生变形时，将有电极化现象产生，即其电荷分布将发生变化（正压电效应），反之，当向压电晶体施加电荷时，压电晶体将会发生应变，亦即弹性变形（逆压电效应）。因此，利用压电晶体制成超声波换能器（探头），对其输入高频电脉冲，则探头将以相同频率产生超声波发射到被检物体中去，在接收超声波时，探头则产生相同频率的高频电信号用于检测显示。除了利用压电效应以外，在某些情况下也利用磁致伸缩效应（强磁材料在磁化时会发生变形的现象，可用作振源或用于应变测量），也有利用电动力学方法（例如本章后面叙述的电磁-声或涡流-声方法）。（3）耦合方法的确定-超声探头与被检工件之间存在空气时，超声波将被反射而无法进入被检工件，因此在它们之间需要使用耦合介质（耦合剂），视耦合方式的不同，可以分为：接触法-超声探头与工件检测面直接接触，其间以机油、变压器油、润滑脂、甘油、水玻璃（硅酸钠Na2SiO3）或者工业胶水、化学浆糊等作为耦合剂，或者是商品化的超声检测专用耦合剂。水浸法-超声探头与工件检测面之间有一定厚度的水层，水层厚度视工件厚度、材料声速以及检测要求而异，但是水质必须清洁、无气泡和杂质，对工件有润湿能力，其温度应与被检工件相同，否则会对超声检测造成较大干扰。接触法和水浸法是超声检测中最主要应用的两种耦合方式，此外还有水间隙法、喷水柱法、溢水法、地毯法、滚轮法等多种特殊的耦合方式。（4）检测条件的准备-选择适当的超声探伤仪、超声探头、参考标准试块（或者采用计算法时的计算程序或距离-波幅曲线、AVG或DGS曲线等），以及在检测前对仪器的校准（时基线校正、起始灵敏度设定等）。[/si

在我们的一些咨询过程中发现，一些金属检测的公司和中心里缺少相应的技术人员，根据认可准则中的有关应用说明的要求，在金属检测中的无损检测领域应配备相应的技术人员，检测人员：应有无损检测Ⅱ级人员的资格；授权签字人：应具有射线或超声探伤Ⅲ级人员的资格。

[size=16px][font=mp-quote, -apple-system-font, BlinkMacSystemFont, &]目前中药材品质检测的方法主要分为有损检测和无损检测两类。有损检测即常规检测方法，包括[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]法、高效[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p]液相色谱[/url]法、高效[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p]液相色谱[/url]-质谱联用法等，这些方法可以对中药材品质进行检测，但是检测的周期长，成本高，并且对中药材具有破坏性，不适合现场的快速检测。无损检测包括X射线技术、计算机视觉技术、核磁共振技术、[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p]近红外光谱[/url]技术、高光谱成像技术、太赫兹光谱技术等。无损检测技术在中药材品质检测领域的发展亦存在一些不足之处，今后可从以下4个方面进一步发展完善：[/font](1) [b]与深度学习融合[/b]。建立中药材品质检测数据库，采用深度学习算法对中药材品质检测大数据进行处理，以此使中药材品质检测更加智能、准确。(2) [b]模型可移植[/b]。现今的无损检测模型基本上不具有普适性，导致开发成本过高，未来可向普适或者局部普适模型方向发展。(3) [b]中药材完整性[/b]。目前采用无损检测技术对中药材品质进行检测时，大多数的研究都将中药材样本进行粉碎，此种方式严格来说不属于无损检测，更不利于中药材品质检测的便捷性。随着技术的发展，将可能向不粉碎样品的真无损检测方向发展，实现中药材品质的大规模、快速、无损检测。(4) [b]经济适用性[/b]。现今无损检测设备价格较高，不具有大规模推广意义，未来可向实时、低成本和高效率检测设备发展。[/size]