超聲波傳感器傳統(tǒng)技術(shù)正在逐漸被超聲相控陣技術(shù)廣泛地替代，但雙晶聚焦探頭卻是例外，且由于其獨特性而越來越多地在無損檢測領(lǐng)域顯示其重要的應(yīng)用價值。目前，分隔式雙晶聚焦探頭在南昌市立新電子器件有限公司研制成功。
衡量雙晶聚焦探頭最主要的技術(shù)指標(biāo)有：
（1）、距離－波幅曲線或DAC曲線。
其中所包含的數(shù)據(jù)幾乎就是這個探頭的“晴雨表”，是最能體現(xiàn)傳感器設(shè)計水平的一個最重要的技術(shù)指標(biāo)。國家標(biāo)準(zhǔn)要求在所檢測范圍內(nèi)靈敏度波動不超過6dB，例如鋼板，最低要求從3mm到20mm的范圍，但國內(nèi)有的企業(yè)希望能擴大范圍從3mm到50mm的靈敏度波動不超過6dB，盡管國內(nèi)外都做不到。南昌立新可以達到2.5mm到50mm，以及1.5mm到35mm。因此有的用另一指標(biāo)來替代，要求測試2mm和60mm厚度時，靈敏度相差不超過10dB。由于我們巨大的技術(shù)優(yōu)勢，所以靈敏度只相差3dB左右。由于這個“波動率”指標(biāo)極其重要且有著極大的現(xiàn)實意義，國標(biāo)的要求也把其放在首位。
（2）”表面回波高度”（也稱表面泄露波高度、串?dāng)_）。
與焦距厚度的底波高度h相比，釋放一定dB值之后，表面回波也達到同樣的h高度。這里用“信噪比”可能更容易理解，即信號比噪聲要高多少dB。只不過噪聲的表現(xiàn)是無規(guī)則的，而表面波高度是有規(guī)則的。如果這個指標(biāo)不好，（1）中的指標(biāo)再好，也將極大地損害它的“光輝形象”。因為，在表面泄露波之處，很可能會淹沒真實的缺陷回波信號。如果對距離-波幅曲線提出如上要求，那就會出現(xiàn)“表面回波高度”達不到大于40dB要求，“距離-波幅曲線”也達不到要求。如果不對“距離-波幅曲線”提出如上要求，那么有的能夠達到“表面波高度”40dB甚至更高。南昌立新能夠同時達到并超過上述要求。
其實，“表面回波高度”或者“串?dāng)_”的叫法，本人認為值得商榷，這幾乎是一個誤會，因此這個指標(biāo)僅是表象、形象概念的產(chǎn)物。它既不是“信噪比”也不是什么“表面波高度”、“表面泄露波”、“串?dāng)_”等。但要說清說透，恐怕得專門撰寫論文了。
（3）、盲區(qū)。
是指在被檢測對象的極大和極小尺寸的一段區(qū)域內(nèi)，有意義的反射體不能被顯示。
我這里用一個定量的方法來定義盲區(qū)的概念，可能更具有實際意義，那就是：當(dāng)缺陷信號波峰到達底波（或參考波）的波峰高度時，缺陷信號的波谷距離屏幕垂直滿幅的百分比。一般來說距離上表面很近的小缺陷較易與底波分開，而距離下表面很近的小缺陷（標(biāo)準(zhǔn)人工缺陷）雖然也能勉強顯示，但不易與底波分開。這又牽涉到“表面波高度”指標(biāo)了，由于在顯示屏水平軸零點右側(cè)附近存在的固定波，使得盲區(qū)不能達到例如靠近表面1.5mm，不可能有效測得此處2mm平底孔缺陷，對于底部同樣的缺陷，更不可能分辨和有效測得，即使是3mm平底孔，如果不被表面泄露波吞噬也會被噪聲淹沒而難于分辨。
可見：“波動率”、“表面泄露波”、“盲區(qū)”、“信噪比”，是“好事互不沾光，壞事相互株連”。
（4）、信噪比-儀器設(shè)備獲得來自于探頭的電信號，同時外界通過探頭傳遞給儀器設(shè)備干擾噪聲，此二者量值之比為“信噪比”。具體示例：有一檢測樣本，距離表面2mm處有一直徑3mm平底孔，孔底反射波幅比噪聲波幅高10dB以上，可以認為是一個合格的指標(biāo)，近表面小缺陷不易被雜波干擾和淹沒。假如能在此基礎(chǔ)上提高兩三個dB也是非常不容易的，而南昌立新可以達到16dB。當(dāng)然前提是上述所有指標(biāo)不降低，否則單個的指標(biāo)再好也都失去意義。
（5）、檢出靈敏度。
以適當(dāng)?shù)闹眯哦葘Ρ粶y對象的等量缺陷提供基礎(chǔ)保障，是對掃查靈敏度的有利因素。由于檢出靈敏度被限制在一個很小的范圍之內(nèi)，所以這也是對DAC曲線、焦柱的寬度和長度間接地提出了比較苛刻的要求。。在一個標(biāo)準(zhǔn)試塊上測得的底波與孔波之差，南昌立新可規(guī)范在10dB正負2dB范圍之內(nèi)，這樣嚴(yán)苛的要求也會擋住相當(dāng)比例的產(chǎn)品進入合格范圍。因為焦柱區(qū)域內(nèi)的聲壓分布是與其寬度和長度存在負相關(guān)關(guān)系。但也有的用戶只要求不大于某個dB值，這樣的適當(dāng)改變也有其合理性。
（6）、中心頻率和相對帶寬。
之所以列出這一條，是因為這個數(shù)據(jù)不象其它探頭那樣輕易測得，我了解的情況是要么給不出來要么給出來的不準(zhǔn)確。這是一個有困難的實驗技術(shù)問題。
（7）、與上述六個技術(shù)指標(biāo)相比，雙晶探頭下述六個技術(shù)指標(biāo)，無論是設(shè)計還是制造工藝再到實驗技術(shù)，都屬于一般性的技術(shù)活。如：“脈沖寬度”、“相對脈沖回波靈敏度”、“靈敏度余量”、“阻抗”、“焦距”、“有效波束寬度（這里指大于20mm）”。（這些技術(shù)指標(biāo)的測試方法可參考我在2017年11月8號發(fā)到朋友圈里的：“鐵路行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)程中超聲波探頭技術(shù)指標(biāo)的測試”）。
在國際上，美、歐代表了當(dāng)今傳感器領(lǐng)域的最高水平，就雙晶探頭而言，歐美與我國相比，從事高端制造業(yè)的工作量恐怕要少的多，他們采用DGS（或AVG）曲線法。我國參考日本標(biāo)準(zhǔn)采用DAC曲線法，這并無優(yōu)劣之分只是各自針對本國具體情況的選擇。如果歐美日達不到某些關(guān)鍵指標(biāo)，一定會有人認為：如果西方?jīng)]有的，那絕對是人家根本不想那么去做。當(dāng)然這只是對國貨不自信的憑空想象。
我國內(nèi)企業(yè)不僅僅是“距離-波幅曲線”指標(biāo)屬于世界領(lǐng)先而是全面性的世界領(lǐng)先。如果不對“波動率”提出上述要求，“表面波高度”指標(biāo)能夠達到難以置信的60dB，幾乎與有的靈敏度指標(biāo)處在同一個數(shù)量級了。這意味著“表面波高度”這個指表已經(jīng)沒有意義，而國內(nèi)目前還普遍處于30級別，只是少數(shù)能達到40級別，象50和60級別的，那已經(jīng)隔一兩代了。這為此項檢測儀顯示屏的“清凈世界”掃除了一個最大的障礙，從而為開啟“向零盲區(qū)無限接近”的研究之門提供可能。 南昌市立新電子器件有限公司 |
