超声检测
13 · TOFD：用端点衍射测裂纹高度
从双探头几何推导深度，讲清侧向波、底面波、上端点与下端点的辨识和盲区。
先记住这三点
- 为什么用衍射信号
- 对称几何的推导
- 端点高度与盲区
- 怎样核对一个 TOFD 指示
为什么用衍射信号
平面裂面镜面反射可能离开接收器，而端点能产生衍射。TOFD 通常使用一对探头，一发一收，利用端点到达时间定位。Silk 与 Lidington 1975 年的研究是用散射/衍射测裂纹深度的重要经典来源。
衍射信号往往较弱，需要合适的频率、带宽、探头中心距 PCS 和增益。方法依赖正确识别波型与路径，不是单凭峰的大小估算高度。
对称几何的推导
理想均匀材料、同一表面上对称布置的发射接收点，相距 2s。若端点位于二者中垂面、深度 z，扣除楔块等延迟后的时间为 t=2√(s²+z²)/c，因此 z=√[(ct/2)²−s²]。根号内为负时，输入与该声路模型不相容。
教学设 PCS=60 mm，即 s=30 mm；c=5.9 mm/μs；t=12 μs。ct/2=35.4 mm，z≈18.79 mm。若把 PCS 当成 s 代入会错误；若端点偏离中垂面，也不能直接使用该对称式。
端点高度与盲区
若上、下端点被分别可靠定位，裂纹高度可由二者深度差求得。侧向波、上端点、下端点和底面波可能在时间上接近或重叠，近表面与近底面尤其需要注意。强信号附近的弱衍射不能仅靠加增益分开。
在对称公式中，z 很小时 dz/dt=c²t/(4z) 变大，说明浅层深度对测时误差敏感。这是几何敏感性，实际还叠加脉冲宽度、信噪比和模型误差。
交互练习 · 原创教学模型
TOFD 对称测深：两段路程相加
z = 18.793 mm
z = √[(ct/2)² − (PCS/2)²]。最短时间 PCS/c = 10.169 μs。
同一时间下增大间距会使计算端点更浅。浅层结果对测时误差较敏感。
端点位于探头中垂面，两个探头位于同一平面，纵波 c=5900 m/s，时间已扣除楔块/电子延迟。只计算单个端点深度；不模拟波形重叠、盲区和偏心端点。
怎样核对一个 TOFD 指示
查看编码 B 扫中的信号轨迹，并回看 RF 相位与波形，确认不是几何或模式转换回波。探头间距和楔块延迟必须有记录。必要时用不同布置或脉冲回波方法补充近表面覆盖。
页面深度计算器只使用上述对称均匀模型，不模拟真实焊缝或输出裂纹合格性。学习重点是两段声路相加，以及为何端点离中心后需要更一般的几何求解。
来源与延伸阅读
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