相控阵超声检测.pdf

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1、相控阵超声检测技术周正干2012-11-11主要内容技术背景基本原理典型应用发展方向2主要内容技术背景基本原理典型应用发展方向3技术背景相控阵超声检测技术（PhasedArrayUltrasonicInspectionTechnology）已有30多年发展历史；初期主要应用在医疗领域；在上世纪80年代，超声相控阵检测技术在欧美等国家开始应用于工业无损检测，主要用于核电站压力容器、大型轴锻件、低压涡轮等构件的无损检测。1990年，欧美将相控阵技术作为一种新型的无损检测及评价方法正式纳入工业超声检测手册。

2、4技术背景随着压电复合材料、微加工、微电子以及计算机等技术的发展，相控阵超声检测技术取得了革命性的发展；目前国内在超声相控阵技术上的研究应用尚处于起步阶段，主要集中于医疗领域。5技术背景无损检测是工业发展必不可少的有效工具，工业界对无损检测技术提出以下需求：1.更少的检测设置及检测时间2.更高的检测可信度3.更强的原位检测能力4.更高的检测信噪比5.更强的复杂结构件小缺陷检测及定量能力6.更高的检测精度相控阵超声检测技术为实现上述需求提供了可能！6相控阵超声检测技术优势1.更快的检测速度传统超声检测采用探头与编码器相连接

3、的方式实现对被测试样的光栅扫查，而相控阵超声检测技术可利用其独有的电子扫查替代这一扫查模式。在检测速度上电子扫查较光栅扫查要快上一个数量级。线性电子扫查7相控阵超声检测技术优势2.更小的探头尺寸及多通道性相控阵探头自身具有多通道特点，采用单一的相控阵探头便可替代多个传统探头，从而解决探头安置空间有限导致检测方案无法实施的问题。相控阵探头检测焊缝8相控阵超声检测技术优势3.更加多样的检测方法相控阵超声检测系统可通过软件编程的方式实现检测方案的设计。可采用单个相控阵探头同时进行两可采用单个相控阵探头同时发射不种不同模式的电子线性

4、扫查，从而同角度的横波及纵波实现对裂纹尺实现对焊缝上下表面的检测寸及方向的定量分析9相控阵超声检测技术优势4.更高的检测可信度相控阵超声检测能够通过对声束进行动态聚焦提高缺陷信噪比，通过角度扫查提高缺陷的检出率。通过动态聚焦实现超声轴方向上的多缺陷辨识通过角度扫查增大检测范围10相控阵超声检测技术优势5.独特的成像方法相控阵检测独有的成像模式，例如扇形扫查(S扫)极大地提高了检测效率，缩短了缺陷判别时间。与电子扫查结合生成的相控阵S扫图融合S扫图11相控阵超声检测技术优势6.便携性的检测设备无损检测企业推出了各种电池供电的相

5、控阵检测设备，方便检测人员带到检测现场进行探伤。Olympus公司的OmniScan设备KJTD株式会社的PA412主要内容技术背景基本原理典型应用发展方向13基本原理相控阵超声检测技术多声束扫描成像技术，其检测探头是由多个晶片组成的换能器阵列，阵列单元在发射电路激励下以可控的相位激发出超声，并使超声声束在确定的声域处偏转或聚焦。14相控阵超声检测系统组成15相控阵换能器类型线阵Linear(L)凸阵(Convex)凹阵(Concave)圆环阵Annular(A)16相控阵换能器类型环状扇形2D面阵(M)Annul

6、arsectorial(S)17相控阵换能器参数一维线性换能器几何参数阵元个数、阵元中心间距、阵元间隙、阵元大小、阵元长度、最大有效孔径。阵元间距p阵元间隙b阵元大小a阵元长度w123N阵元个数N最大有效孔径A18相控阵楔块相控阵楔块相控阵检测中探头往往与楔块结合使用，起到保护探头、增大声束偏转角度、横波检测以及近表面检测的作用。相控阵探头以及相配套的楔块相控阵探头及楔块组合检测19相控阵发射原理相控阵发射原理根据惠更斯-菲涅尔原理，当各阵元被同一频率的脉冲信号激励时，发出的声波在空间中形成稳定的超声场。超声阵列换能器

7、中每个阵元按预先设计好的方案延迟一定的时间进行超声发射，即可形成发射聚焦或声束偏转等效果。20相控阵接收原理相控阵接收原理超声波遇到目标后产生的回波信号到达各阵元的时间存在差异。按照回波到达各阵元的时间差对各阵元接收信息进行延时补偿，然后相加合成，就能将特定方向回波信号叠加增强，而其它方向的回波信号减弱甚至抵消。21相控阵聚焦法则原理相控阵聚焦法则(延时法则)聚焦法则是一种记录了检测所用阵元以及其电压和延迟时间的文件，延迟时间的设置与检测配置、偏转角度、楔块类型、探头类型密切相关。为了使声束在某一点聚焦，采用的各个阵元必

8、须在相同的时刻将声束传播至聚焦点，而实现这一目标需要对各个阵元施加适当的延迟时间序列。22相控阵聚焦法则原理相控阵聚焦法则--声束偏转通过控制各阵元的激励脉冲从左到右等间隔增加延迟时间，从而使合成的波阵面沿特定角度传播，实现波束的偏转。线性探头8个阵元的延迟时间23相控阵聚焦法则原理相