CHệễNG 4 THIẾT BỊ SIÊU ÂM VÀ NHỮNG PHỤ KIỆN
4.2. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA THIẾT BỊ VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
Vì tín hiệu đến từ đầu dò siêu âm thường rất yếu nên nó phải được khuếch đại trước khi biểu diễn trên màn hình CRT. Quá trình khuếch đại này được thực hiện nhờ b ộ khuếch đại tần số radio (RF). Có hai đặc tính biểu diễn quan trọng của bộ khuếch đại là dải động lực và tần số đáp ứng.
4.2.1.1. Dải động lực :
Dải động lực của bộ khuếch đại là tỷ số của đầu vào lớn nhất và nhỏ nhất có thể khuếch đại mà không bị méo biến dạng. Một dải động lực lớn là cần thiết trong phát hiện khuyết tật bằng siêu âm vì các kích thước khuyết tật được đánh giá bằng cách so sánh
chiều cao của các xung phản hồi từ các khuyết tật này. Dải động lực của một bộ khuếch đại tuyến tính sử dụng trong các máy dò khuyết tật siêu âm thường là 34dB (50 : 1) trong khi với bộ khuếch đại loga là 100dB (105 : 1).
Hình 4.9 : Sơ đồ biểu diễn quá trình thực hiện kiểm tra bên trong các lò phản ứng hạt nhân, (thiết kế MAN-Kraukramer) : 1 - Cần trục tời ray đơn, 2 - Bảng điều khiển, 3 – Bi đỡ, 4 – Sàn bảo trì, 5 – Cần trục xoay, 6- Các vùng cột – , 7 - Bảng điện tử, 8 - Cầu ngang, 9 - Cầu thực hiện kiểm tra, 10 – Vòng đỡ hình nhện, 11 – Ống viễn vọng, 12 – Tay quay, 13 –Hệ thống đầu dò cho đáy hình bán cầu, 14 –Hệ thống đầu dò cho vách hình trụ và các ống nhánh.
4.2.1.2. Tần số đáp ứng :
Tần số đáp ứng của một bộ khuếch đại xác định dải tần số mà một bộ khuếch đại có thể khuếch đại lên ngang bằng nhau. Bộ khuếch đại dải hẹp thường khuếch đại dải tần số hẹp quanh tần số cộng hưởng của đầu dò sử dụng. Bộ khuếch đại dải hẹp cải thiện tỷ số tín hiệu/ nhiễu bằng cách khuếch đại tín hiệu từ một dao diện đến một mức lớn hơn các tín hiệu nhiễu vì thế cải tiến được độ nhạy phát hiện khuyết tậ t. Nhưng độ rộng dải tần hẹp quá mức có bất lợi là độ rộng xung bị mở rộng, dẫn đến làm giảm khả năng phân giải. Để điều tiết các đầu dò tần số khác nhau, thiết bị khi sử dụng bộ khuếch đại dải tần hẹp thường có một khóa chọn tần số. Bộ khuếch đại dải rộng (WB) có thể khuếch đại dải rộng các tần số. Loại khuếch đại này cải tiến khả năng phân giải của máy dò khuyết tật mặc dù tỷ số tín hiệu và nhiễu (độ nhạy phát hiện) thường là thấp hơn. Loại khuếch
CHệễNG 4 146
đại này thường được sử dụng trong các máy dò khuyết tật xách tay với đầu dò sóng va đập. Dải tần số thực tế của bộ khuếch đại dải rộng là từ 1 đến 10MHz.
4.2.2. Tương quan giữa khả năng phân giải và tần số; năng lượng truyền và độ suy giảm :
Khả năng phân giải của một hệ thống dò khuyết tật là khả năng phân tách các xung phản hồi khuyết tật nằm sát nhau. Khả năng phân giải của một hệ thống dò kh uyết tật phụ thuộc vào độ dài xung siêu âm phát ra từ đầu dò. Độ dài xung bị điều khiển bởi tần số và độ suy giảm của tinh thể của đầu dò và cả năng lượng điện cấp đến đầu dò để phát sóng siêu âm. Rung động của các tinh thể trong các đầu dò tiêu chuẩn hiện có trên thị trường được giảm chấn mạnh đến mức xung siêu âm phát ra từ các đầu dò này chỉ gồm bốn hoặc năm chu trình dao động khi nó được cấp bởi xung điện cường độ thông thường. Nó gồm nhiều hơn năm chu trình khi được cấp xung điện cường độ cao. Mặt khác, các đầu dò sóng va đập là các đầu dò có độ giảm chấn cao nên xung siêu âm phát ra từ các đầu dò này ở khả năng phát bình thường chỉ gồm từ 1/2 đến 1 chu trình dao động. Như vậy vì độ dài xung ngắn hơn (số chu trình dao động nhỏ hơn trong một xung) sẽ chiếm không gian ít hơn trong vật liệu do đó nó sẽ cho kết quả độ phân giải về độ sâu cao hơn. Nhưng vì năng lượng của xung (năng lượng truyền) thấp, nên độ nhạy phát hiện khuyết tật sẽ thấp hơn. Một đặc trưng khác của xung ngắn hơn sẽ cho độ rộng dải tần số của nó cao hơn. Dải tần số này bao gồm cả những tần số cao hơn và thấp hơn xung quanh tần số cộng hưởng của đầu dò. Các tần số cao hơn cho độ nét của xung phản hồi tăng do đó cải thiện được độ phân giải của hệ thống. Khi tăng năng lượng truyền của đầu dò sẽ làm tăng độ dài xung phát ra từ đầu dò vì vậy sẽ tăng độ nhạy phát hiện khuyết tật và làm giảm độ phân giải của hệ thống.
Các máy dò khuyết tật siêu âm thường có một núm điều khiển năng lượng phát có hai vị trí. Vị trí thứ nhất cấp một xung điện năng lượng thấp đến đầu dò. Vị trí này cung cấp đủ độ nhạy phát hiện khuyết tật và có độ phân giải cao hơn và hầu như tất cả các khuyết tật được phát hiện khi chọn vị trí này. Tuy nhiên khi kiểm tra vật có bề dày lớn hoặc có các đặc tính suy giảm âm cao thì năng lượng truyền của vị trí thứ nhất không đủ. Trong trường hợp như vậy phải sử dụng vị trí thứ hai. Ở vị trí này, xung điện năng lượng cao hơn được cấp cho đầu dò nhằm phát xung siêu âm dài hơn (năng lượng cao hơn). Do đó tại vị trí này sẽ cho độ nhạy phát hiện khuyết tật cao và độ phân giải thấp hơn.
4.2.3. Độ tuyến tính :
Bộ khuếch đại phải khuếch đại những tín hiệu nhỏ thành những tí n hiệu lớn. Điều này rất cần thiết vì kích thước khuyết tật trong phát hiện bằng siêu âm được xác định bằng cách so sánh các độ cao xung phản hồi. Như đã đề cập, dải tín hiệu vào bộ khuếch đại biểu thị đặc trưng này (được biết là độ tuyến tính) được gọi là dải động lực của bộ khuếch đại. Trong phát hiện khuyết tật bằng siêu âm, tính chất tuyến tính này phải được kiểm tra thường xuyên như một phần của công việc kiểm chuẩn.
4.2.4. Sự bão hoà khuếch đại:
Khi đầu vào bộ khuếch đại vượt quá giá trị cực đại nào thì bộ khuếch đại sẽ không khuếch đại các tín hiệu ở cùng tỷ số giống nhau như trong dải động lực. Độ khuếch đại hoặc độ lợi của bộ khuếch đại sẽ giảm đối với đầu vào có biên độ tín hiệu lớn hơn. Hiện tượng này được gọi là sự bão hoà của bộ khuếch đại. Như vậy, khi xác định kích thước khuyết tật trong vùng bão hoà của bộ khuếch đại sẽ không chính xác, do đó, một bộ suy giảm được cung cấp để điều khiển đầu vào bộ khuếch đại, nhằm giữ nó nằm duới giới hạn bão hoà. Bộ điều khiển suy giảm cho phép người vận hành đánh giá chính xác kích thước khuyết tật đối với các tín hiệu đầu vào lớn hơn giới hạn bão hoà.