相控陣超聲檢測(cè).pdf

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1、相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)周正干2012-11-11主要內(nèi)容?技術(shù)背景?基本原理?典型應(yīng)用?發(fā)展方向2主要內(nèi)容?技術(shù)背景?基本原理?典型應(yīng)用?發(fā)展方向3技術(shù)背景?相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)（PhasedArrayUltrasonicInspectionTechnology）已有30多年發(fā)展歷史；?初期主要應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域；?在上世紀(jì)80年代，超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)在歐美等國(guó)家開(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)無(wú)損檢測(cè)，主要用于核電站壓力容器、大型軸鍛件、低壓渦輪等構(gòu)件的無(wú)損檢測(cè)。?1990年，歐美將相控陣技術(shù)作為一種新型的無(wú)損檢測(cè)及評(píng)價(jià)方法正式納入工業(yè)超聲檢測(cè)手冊(cè)。

2、4技術(shù)背景?隨著壓電復(fù)合材料、微加工、微電子以及計(jì)算機(jī)等技術(shù)的發(fā)展，相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)取得了革命性的發(fā)展；?目前國(guó)內(nèi)在超聲相控陣技術(shù)上的研究應(yīng)用尚處于起步階段，主要集中于醫(yī)療領(lǐng)域。5技術(shù)背景無(wú)損檢測(cè)是工業(yè)發(fā)展必不可少的有效工具，工業(yè)界對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)提出以下需求：1.更少的檢測(cè)設(shè)置及檢測(cè)時(shí)間2.更高的檢測(cè)可信度3.更強(qiáng)的原位檢測(cè)能力4.更高的檢測(cè)信噪比5.更強(qiáng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件小缺陷檢測(cè)及定量能力6.更高的檢測(cè)精度相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)為實(shí)現(xiàn)上述需求提供了可能！6相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)1.更快的檢測(cè)速度傳統(tǒng)超聲檢測(cè)采用探頭與編碼器相連接

3、的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)試樣的光柵掃查，而相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)可利用其獨(dú)有的電子掃查替代這一掃查模式。在檢測(cè)速度上電子掃查較光柵掃查要快上一個(gè)數(shù)量級(jí)。線性電子掃查7相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)2.更小的探頭尺寸及多通道性相控陣探頭自身具有多通道特點(diǎn)，采用單一的相控陣探頭便可替代多個(gè)傳統(tǒng)探頭，從而解決探頭安置空間有限導(dǎo)致檢測(cè)方案無(wú)法實(shí)施的問(wèn)題。相控陣探頭檢測(cè)焊縫8相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)3.更加多樣的檢測(cè)方法相控陣超聲檢測(cè)系統(tǒng)可通過(guò)軟件編程的方式實(shí)現(xiàn)檢測(cè)方案的設(shè)計(jì)?？刹捎脝蝹€(gè)相控陣探頭同時(shí)進(jìn)行兩可采用單個(gè)相控陣探頭同時(shí)發(fā)射不種不同模式的電子線性

4、掃查，從而同角度的橫波及縱波實(shí)現(xiàn)對(duì)裂紋尺實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫上下表面的檢測(cè)寸及方向的定量分析9相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)4.更高的檢測(cè)可信度相控陣超聲檢測(cè)能夠通過(guò)對(duì)聲束進(jìn)行動(dòng)態(tài)聚焦提高缺陷信噪比，通過(guò)角度掃查提高缺陷的檢出率。通過(guò)動(dòng)態(tài)聚焦實(shí)現(xiàn)超聲軸方向上的多缺陷辨識(shí)通過(guò)角度掃查增大檢測(cè)范圍10相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)5.獨(dú)特的成像方法相控陣檢測(cè)獨(dú)有的成像模式，例如扇形掃查(S掃)極大地提高了檢測(cè)效率，縮短了缺陷判別時(shí)間。與電子掃查結(jié)合生成的相控陣S掃圖融合S掃圖11相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)6.便攜性的檢測(cè)設(shè)備無(wú)損檢測(cè)企業(yè)推出了各種電池供電的相

5、控陣檢測(cè)設(shè)備，方便檢測(cè)人員帶到檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行探傷。Olympus公司的OmniScan設(shè)備KJTD株式會(huì)社的PA412主要內(nèi)容?技術(shù)背景?基本原理?典型應(yīng)用?發(fā)展方向13基本原理?相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)多聲束掃描成像技術(shù)，其檢測(cè)探頭是由多個(gè)晶片組成的換能器陣列，陣列單元在發(fā)射電路激勵(lì)下以可控的相位激發(fā)出超聲，并使超聲聲束在確定的聲域處偏轉(zhuǎn)或聚焦。14相控陣超聲檢測(cè)系統(tǒng)組成15相控陣換能器類(lèi)型線陣Linear(L)凸陣(Convex)凹陣(Concave)圓環(huán)陣Annular(A)16相控陣換能器類(lèi)型環(huán)狀扇形2D面陣(M)Annul

6、arsectorial(S)17相控陣換能器參數(shù)?一維線性換能器幾何參數(shù)陣元個(gè)數(shù)、陣元中心間距、陣元間隙、陣元大小、陣元長(zhǎng)度、最大有效孔徑。陣元間距p陣元間隙b陣元大小a陣元長(zhǎng)度w123N陣元個(gè)數(shù)N最大有效孔徑A18相控陣楔塊?相控陣楔塊相控陣檢測(cè)中探頭往往與楔塊結(jié)合使用，起到保護(hù)探頭、增大聲束偏轉(zhuǎn)角度、橫波檢測(cè)以及近表面檢測(cè)的作用。相控陣探頭以及相配套的楔塊相控陣探頭及楔塊組合檢測(cè)19相控陣發(fā)射原理?相控陣發(fā)射原理根據(jù)惠更斯-菲涅爾原理，當(dāng)各陣元被同一頻率的脈沖信號(hào)激勵(lì)時(shí)，發(fā)出的聲波在空間中形成穩(wěn)定的超聲場(chǎng)。超聲陣列換能器

7、中每個(gè)陣元按預(yù)先設(shè)計(jì)好的方案延遲一定的時(shí)間進(jìn)行超聲發(fā)射，即可形成發(fā)射聚焦或聲束偏轉(zhuǎn)等效果。20相控陣接收原理?相控陣接收原理超聲波遇到目標(biāo)后產(chǎn)生的回波信號(hào)到達(dá)各陣元的時(shí)間存在差異。按照回波到達(dá)各陣元的時(shí)間差對(duì)各陣元接收信息進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償，然后相加合成，就能將特定方向回波信號(hào)疊加增強(qiáng)，而其它方向的回波信號(hào)減弱甚至抵消。21相控陣聚焦法則原理?相控陣聚焦法則(延時(shí)法則)聚焦法則是一種記錄了檢測(cè)所用陣元以及其電壓和延遲時(shí)間的文件，延遲時(shí)間的設(shè)置與檢測(cè)配置、偏轉(zhuǎn)角度、楔塊類(lèi)型、探頭類(lèi)型密切相關(guān)。為了使聲束在某一點(diǎn)聚焦，采用的各個(gè)陣元必

8、須在相同的時(shí)刻將聲束傳播至聚焦點(diǎn)，而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要對(duì)各個(gè)陣元施加適當(dāng)?shù)难舆t時(shí)間序列。22相控陣聚焦法則原理?相控陣聚焦法則--聲束偏轉(zhuǎn)通過(guò)控制各陣元的激勵(lì)脈沖從左到右等間隔增加延遲時(shí)間，從而使合成的波陣面沿特定角度傳播，實(shí)現(xiàn)波束的偏轉(zhuǎn)。線性探頭8個(gè)陣元的延遲時(shí)間23相控陣聚焦法則原理?相