模擬機與數字機的異同

現在模擬機已經很少了，我們公司全都是數字機。我也沒見過模擬機，但是很多教材、標準、校驗規程等等還是以模擬機為主。在實際操作過程中，很多人都不明白其中的意義。有時候會有偏差的理解和操作。通過向同事學習、共同討論。大概有了一些理解，整理如下內容。不足之處望補充，錯誤之處請批評指正。

首先看一下模擬機與數字機的電路方框圖。模擬機有兩條線：1、同步電路——掃描電路——顯示器（示波器）2、同步電路——發射電路——探頭（換能器）——工件——探頭——接收放大電路——顯示器。數字機一條線：發射電路（微處理器控制）——探頭（換能器）——工件——探頭——接收電路（微處理器控制）——A/D轉換器（微處理器控制）——微處理器——顯示器。

模擬機的線路1是因為用示波器才有的一條線，基本原理可以看資料。主要比較檢測信號這條線（輔助、產生、傳遞、接收超聲信號線路）。數字機第一步微處理器相當于模擬機的同步電路，接收電路同接收放大電路。數字機比模擬機多了A/D轉換和微處理器?？梢钥闯鰪陌l射電路到接收電路，兩種儀器有相同的組成部分。

我接觸過友聯、漢威、山峰常規超聲機器，奧林巴斯的MX2相控陣機器。常規超聲機器的發射電壓基本是數百伏、重復頻率為100、脈沖寬度為100ns，一般都不可調的。相控陣分三檔45V、80V、115V，重復頻率根據設置變化，脈沖寬度一般50ns。在不改變增益的情況下，改變電壓，波高有明顯變化（用相控陣儀器做的實驗，模擬機也可以改變發射電壓）。說到這里，我想說數字機與模擬機相同的地方，電壓也是靈敏度的一個參數（具體對應關系需要實驗支持），當然發射電壓提高也會增加盲區，需要實驗找最佳值。

發射電路——探頭——工件——探頭......。這個環節數字機模擬機都有，原理一樣。簡單的說，發射電路把電壓加到壓電晶片上發出超聲波，根據不同的電壓，會有不同的初始能量。超聲波進放工件后，遇到反射體反射回探頭，振動晶片產生電信號。注意這里，如果反射回來的超聲能量不足以使晶片振動，那么這個反射體將不被發現。這時增加電壓（能量）會不會提高靈敏度？

通過以上分析，要區別平常說的：增加增益，提高靈敏度。這是不同的概念。

放大作用都是在探頭（晶片）接收后變成電信號，再進入放大電路。所以能檢出的最小反射體的波高都已經確定，調整增益（波高）只不過是為了能在顯示器上看到。根據儀器對信號的顯示方式是以波高來表示，那么同時在顯示器里看到的dB差（20log(100/5)=26)。對于波高相差26dB以上的信號就不能同時顯示（定量）。

常規超聲的發射電壓都比較高（相對于相控陣），在當前標準下，不會在晶片接收這一步造成漏檢。主要是對于相控陣（一次與奧林巴斯的人交流，他建議我們用115V，我們通常用的是80V，這讓我有了以上的一些思考），因為能聚焦，可以提高單位體積能量，所以可以降低電壓，來提高其他方面的性能。但聚焦有一定的區域，如果超出這個區域能量就可能不足了。所以做相控陣檢測在做設置時可能會考慮到。

接收放大電路（接收電路），晶片壓電效應產生的電信號（后會轉換成電壓）不足以在示波器偏轉板上產生偏轉電壓（或是滿足A/D轉換需要的電壓值），所以在接收電路要進行放大，也就是我們調的增益（或是模擬機的衰減，對模擬機不熟，只能大概對應）。

再說一下A/D轉換。先要申明一點，數模轉換我只了解個大概。具體基礎原理，我也不清楚。也還沒有精力去系統學習，只是根據已有知識作推理分析。對于不當之處，專業人士請見諒。

現在常用的是8位數模轉換方式，由二進制知有256種組合方式。以具體假設來說明，波高之比等于聲壓之比，聲壓與電壓成正比（壓電常數，超聲檢測第二版4.2.2）。波高之比等于電壓之比。以CS—2試塊200/2孔為例，1、用直探頭把平底孔波高調到100%，此時增益G1，對應電壓V1，2、調整增益使波高為5%（也可能是其他百分數，因為沒有具體資料，取5%是因為驗證垂直線性時常用這個值），此時增益G2，對應電壓V2。數模轉換的電壓區間就為（V2—V1），如果電壓超出這個值就不能定量，小于顯示不出來，大于就溢出（按100%顯示，但不能定量了）。調增益就是把不同電壓放大（縮?。┑綌的＾D換區間。在（V2—V1）之內分成256份，那么一個信號就可以用唯一的二進制數來表示其波高，這樣就可以實現數模轉換。

前段時候，論壇上很多前輩在討論極限分辨率，讓我受益匪淺。在理論上，我思考得少。在這討論儀器時，我想從儀器本身方面來理解一下。前面已經講到發射能量以及回波能量，回波能量最小得引起晶片振動，這是第一步。之后經過放大，要么在示波器上有足夠偏轉電壓使電子束偏轉，在熒光屏上有顯示信號，要么電壓大于數模轉換電壓區間下限值，這是必備的第二步。實際系統的極限靈敏度，對于不同的儀器，會有不同的極限靈敏度。

最后說一下顯示的不同。對與信號當量的定量前面已經說過，那么儀器是怎么確定反射體位置的?，F在我要說的不是根據聲程或聲程加三角關系確定的位置，而是聲程是怎么來的。這一點，模擬機與數字機有本質的不同。也是能夠使數模轉換有意義的關鍵?，F在很多的資料上都還說掃描速度，讓很多剛入行的人莫名奇妙。因為那是模擬機的術語，與現在通用的數字機已經不一樣了。用過模擬機的前輩們應該比較清楚，模擬機是沒有聲速的，相應的參數為掃描比例。數字機的聲程是怎么計算出來的？教材上都有：聲速乘以時間，我們都知道鋼中縱波5900m/s，橫波3230m/s。如此高的速度，在我們檢測的鋼中只有幾十微秒的時間。數字機中有專門的時鐘，從發射電路發射電壓開始計時，這樣減去傳速及探頭中的時間，就可以得到鋼中的時間，從而得出聲程。對于模擬機，就沒有這么方便了。以直探頭為例，在IIW試塊上找到100mm的一次底波B1與二次底波B2。我們知道B1與B2信號之間代表100mm。模擬機上都有方格線，水平方向有十大格100小格。根據信號實際代表距離比上顯示屏信號之間的格數就得到了掃描比例n。再移動水平偏移，調好零點。掃描發現回波信號后讀出顯示屏上的格數（零位到信號之間），再乘以掃描比例n就得到聲程。

模擬機得到聲程的過程很復雜，精度也比較低。掃描比例調節好后，不能再動。以前培訓時聽老師說要帶小的牛角試塊到現場還不明白其中的意思，現在想想，只有用試塊驗證才知道儀器的掃描比例有沒有變，能否繼續檢測。

現在用模擬機的人很少了（我是沒見過），差不多都是數字機，但現在的一些規程還是模擬機的那一套。對于水平線性，數字機的時鐘是比較可靠的，又沒有人為變動的可能。在做水平線性時，基本都為零。所以對于數字時鐘就沒必要在現場檢驗（這種級別太粗糙，精度不夠），而應該送到有條件的地方。比如儀器送檢的計量局等。

水平有限，內容比較雜亂，望見諒。

好貼，深奧