趣事探讨 | 直探头一发一收波形为什么会这样？

在远东无损检测论坛闲逛之时，发现这么一篇有趣的帖子《两个直探头穿透检测，波形为什么会这样》，看完这篇帖子的主题和其他人回复，引发了我深深思考，同时也是一篇非常值得深究的帖子。

楼主采用两个直探头组成一发一收模式，利用CSK-IIIA（厚度30mm）试块调校仪器，仪器校准后再测量试块的厚度，试验方法如下图所示。

你认为仪器屏幕上的一次回波、二次回波、三次回波等依次显示的深度会是多少呢？

假设按照单探头自发自收的思维模式，一次回波显示的深度为30mm、二次回波为60mm、三次回波为90mm，以此类推。

可是屏幕上出现了奇怪的一幕，并非类似于单探头的30mm、60mm、90mm等，而是12mm、42mm、72mm等。为什么会出现这样的情形呢？仔细观察数据，似乎又有些规律可循，从测量数据可看出每个回波间隔都是30mm，这能说明什么道理呢？

图片来源：楼主原图

这篇帖子后面有许多回帖，有些回复比较离奇，但又似乎有点靠谱，其中下面三个回复具有典型性：

1、中间是不是有缺陷 12mm位置？

（显然这是不可能的，CSK-IIIA试块怎么会有缺陷呢？如果有缺陷，只能说制造厂家太不负责啦！不太现实。显然是层主没看清楼主采用的是CSK-IIIA试块校准。）

2、应该是零位（零偏）没调好，后面的显示（经处理)都是正确的应该可以确定声速正确，只要调节零位就可以了。

（零位没调整应该是其中原因之一，当然还有更重要的原因存在。）

3、调零位及声速时，一次波位置30，二次波的位置90，然后进行调试，一次波出现的位置是30，二次波出现的位置就是90。然后再CSK-1A试块上进行了验证，一次波出现在25，二次波出现在75处。

（这位层主理解已经上道，但还是差那么一点点）

回到原来的问题，为什么会出现这样的情况？

本着科学探索和打破砂锅问到底的精神，小编参考楼主提供的信息，动手做了一次试验。采用中科创新的汉威HS610e型超声波探伤仪、两个直探头（规格为5MHzΦ20和2.5MHzΦ20）组成一发一收模式，再利用CSK-IIIA试块调校仪器。

在调校仪器过程中又发现了奇怪的一幕，按了自动调校键之后，需要手动输入预先校准的厚度，当输入厚度为30和60时，闸门无法套住2个回波，因此无法进行校准。当输入厚度为15和45时，却可以完成校准。再利用校准后的设备，采用一发一收模式测量试块厚度，此时显示的一次回波、二次回波、三次回波等依次为14.8mm、45mm、75mm等，如下图所示。

直探头一发一收波形

那么问题又来了：

（1）为什么仪器显示的是15、45、75，而不是30、60、90，更不是15、30、45、60呢？

其实很好理解，常规单探头超声检测方法其原理采用脉冲反射法，超声波发射与接收算一个完整的过程。通常认为超声波经过发射和接收两个过程，即其声程为2T（如下图所示），仪器自动将两个过程整合为一个过程，仪器计算过程中会将壁厚除以2，得出的数据才是真实的厚度T。

直探头自发自收模式

而采用一发一收模式，发射探头只参与发射过程，接收探头只参与接收过程，两个探头各司其职，互不干扰。因此，一次直射波为T，二次反射回波为3T，三次波反射回波为5T，以此类推为2n+1（n=0、1、2、3…），如下图所示。而仪器将一次波计算声程自动换算为T/2，其他次回波计算声程为（2n+1）/2。

直探头一发一收模式

因此，在自动调校仪器前，应将校准厚度为15×（2n+1）（n=0、1、2、3…），而并非为30的倍数，若仪器显示的深度为15mm、45mm、75mm，则设置正确。

（2）为什么楼主的仪器屏幕显示为12、42、72，而不是15、45、75呢？

原因要归咎于仪器调校过程操作有误，我猜测可能是设置的预先校准厚度为30和60，导致测量的探头零偏不准，致使测量的数据与实际存在偏差。

其实这帖子所呈现出的问题很简单，其原理我们都懂，当遇到这样的情况时，稍加思考，答案便可知晓。直探头一发一收模式

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