超聲波測(cè)厚儀的采樣頻率是指儀器對(duì)超聲波回波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化采集的頻率,即每秒對(duì)模擬信號(hào)采樣的次數(shù)(單位:Hz 或 MHz)。它是影響測(cè)厚儀性能的關(guān)鍵參數(shù)之一,下面從定義、影響的參數(shù)以及如何選擇 三個(gè)方面詳細(xì)解析:
根據(jù)奈奎斯特采樣定理,采樣頻率必須至少是信號(hào)最高頻率的 2 倍,才能無失真地還原原始信號(hào)。在超聲波測(cè)厚中,信號(hào)最高頻率主要由超聲波探頭的中心頻率決定(如常用探頭頻率為 1-10MHz)。因此,測(cè)厚儀的采樣頻率通常需達(dá)到探頭頻率的 5-10 倍(如 10MHz 探頭搭配 50-100MHz 采樣頻率),以確?;夭ㄐ盘?hào)的細(xì)節(jié)被準(zhǔn)確捕捉。
時(shí)間分辨率:采樣頻率越高,相鄰兩個(gè)采樣點(diǎn)的時(shí)間間隔()越小。例如,100MHz 采樣頻率的時(shí)間間隔為 10ns,而 50MHz 為 20ns。
厚度精度:厚度計(jì)算基于超聲波在材料中的飛行時(shí)間(t=2d/v,d為厚度,v為聲速)。時(shí)間分辨率越高,測(cè)量時(shí)間誤差越小,厚度精度越高。
? 舉例:若聲速為 5000m/s,10ns 時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的厚度誤差為 5000×10?8/2=0.00025mm,而 20ns 間隔誤差為 0.0005mm。
硬件成本:高頻采樣需要高速 ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)、高性能處理器和大容量?jī)?nèi)存,導(dǎo)致儀器成本上升。
數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ):高采樣頻率生成的數(shù)據(jù)量更大,可能影響實(shí)時(shí)顯示速度或需要外接存儲(chǔ)設(shè)備。
功耗:高速硬件通常功耗更高,影響便攜式設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。
薄壁測(cè)量(如厚度<1mm 的金屬 / 塑料件):需要精確捕捉短時(shí)間內(nèi)的多次回波。
高精度檢測(cè)(如航空航天部件測(cè)厚,精度要求 ±0.01mm):時(shí)間分辨率直接影響結(jié)果。
復(fù)雜材料(如粗晶材料、多層復(fù)合結(jié)構(gòu)):回波信號(hào)可能較弱或波形畸變,需高頻采樣保留細(xì)節(jié)。
厚材料測(cè)量:當(dāng)厚度較大時(shí),回波時(shí)間間隔長(zhǎng)(如 100mm 鋼件,飛行時(shí)間約 40μs),低采樣頻率(如 50MHz)也能滿足時(shí)間分辨率需求(50MHz 采樣間隔 20ns,40μs 內(nèi)可采 2000 個(gè)點(diǎn)),此時(shí)提高采樣頻率對(duì)精度提升有限。
成本與實(shí)用性:對(duì)于常規(guī)厚度測(cè)量(如 1-100mm),過高的采樣頻率(如 200MHz 以上)可能造成性能過剩,增加操作復(fù)雜度和設(shè)備成本。
探頭匹配:采樣頻率需與探頭頻率匹配(通常建議≥5 倍探頭頻率),若探頭頻率低(如 1MHz),盲目提高采樣頻率(如 100MHz)并不能提升分辨率(受限于探頭自身帶寬)。
超聲波測(cè)厚儀的采樣頻率決定了信號(hào)數(shù)字化的精細(xì)程度,直接影響
厚度精度、距離分辨率和信號(hào)處理能力。實(shí)際應(yīng)用中需結(jié)合測(cè)量對(duì)象(厚度、材料)、精度要求和設(shè)備成本綜合選擇,平衡性能與實(shí)用性。對(duì)于大多數(shù)工業(yè)場(chǎng)景,50-100MHz 的采樣頻率已能滿足需求,而超薄材料或高精度檢測(cè)則需要更高的采樣頻率(如 200MHz 以上)。