相控陣技術(shù)介紹.ppt

,相控陣優(yōu)缺點,為什么使用相控陣？,不需要移動工件，實現(xiàn)高速電子掃查通過軟件控制波束特征提高檢測性能單個電子控制的相控陣探頭實現(xiàn)多角度檢測多種配置：P/E,T/R,TOFD,串列掃查對于復雜幾何體的檢測更具靈活性最佳的聚焦最佳的波束角度,相控陣技術(shù)能夠電子修改超聲探頭的特征。探頭修改是通過在陣列探頭中單個晶片的信號發(fā)射（觸發(fā)）和接收（回波）注入時間延時來實現(xiàn)的。任何用于缺陷檢測和測量的UT技術(shù)都可用相控陣探頭完成。,優(yōu)點,相控陣最顯著的特點是可以靈活、便捷而有效地控制聲束形狀和聲壓分布。其聲束角度、焦柱位置、焦點尺寸及位置在一定范圍內(nèi)連續(xù)、動態(tài)可調(diào);而且探頭內(nèi)可快速平移聲束。因此,與傳統(tǒng)超聲檢測技術(shù)相比,相控陣技術(shù)的,優(yōu)勢是用單軸扇形掃查替代柵格形掃查可提高檢測速度。不移動探頭或盡量少移動探頭可掃100%掃查厚大工件和形狀復雜工件的各個區(qū)域,是解決可達性差和空間限制問題的有效手段。通常不需要復雜的掃查裝置,不需更換探頭就可實現(xiàn)整個體積或所關(guān)心區(qū)域的多角度多方向掃查,因此在核工業(yè)設(shè)備檢測中可減少受輻照時間。優(yōu)化控制焦柱長度、焦點尺寸和聲束方向,在分辨力、信噪比、缺陷檢出率等方面具有一定的優(yōu)越性。,缺點,探頭制造復雜，國內(nèi)目前不能制作探頭一般尺寸較大，受現(xiàn)場條件限制對檢測人員要求高并不能解決所有問題，也不是進行一次掃查就能發(fā)現(xiàn)所有缺陷,相控陣探頭,相控陣探頭是一種晶片的激發(fā)時間可以單獨調(diào)節(jié)，以控制聲束軸線和焦點等參數(shù)的晶片陣列。根據(jù)晶片陣列型式不同，主要有1維線性陣列，2維線性陣列，1維環(huán)形陣列，2維環(huán)形陣列四種形式。,基本陣列設(shè)計,線性陣列（1D）基本上是一個長的常規(guī)探頭。切割成許多可以單獨激發(fā)的小晶片。,陣列探頭的設(shè)計參數(shù),探頭參數(shù)：頻率（f）陣列中晶片的數(shù)量（n）控制或激活方向上總的孔徑（A）高度，在機械軸或次軸方向上的孔徑（H）間距，兩個相鄰晶片的中心間距（p）單個晶片的寬度（e）,合成探頭技術(shù),PA探頭基于合成技術(shù)，從合成探頭獲得的信噪比比壓電陶瓷材料高10-30dB。壓電合成探頭使用薄陶瓷棒放在聚合體內(nèi)而制成。,合成探頭技術(shù),一個薄金屬層放在壓電合成體上。在這個金屬層內(nèi)設(shè)計的晶片確保壓電材料統(tǒng)一激發(fā)。,探頭制造：外殼,探頭的結(jié)構(gòu)與常規(guī)探頭相似,聲匹配壓電合成體填充材料多達128個共軸電線,相控陣探頭設(shè)計參數(shù),超聲相控陣探頭由一系列獨立的晶片構(gòu)成，每個晶片都有各自的接頭，延時電路和A/D轉(zhuǎn)換器晶片之間彼此聲絕緣根據(jù)預先計算好的時間延遲觸發(fā)晶片組中的每一個晶片，比如“相位”,1D線性陣列,許多線性探頭設(shè)計探頭可以在次軸上形成聚焦PA和探頭技術(shù)允許探頭加工成各種形狀，平的，曲線的，圓錐形的，橢圓形的.,普通的探頭幾何形狀,1D線性陣列2D線性陣列,常用的探頭幾何形狀,1D環(huán)形陣列2D環(huán)形陣列,常用的探頭幾何形狀,菊花探頭數(shù)據(jù),楔塊參數(shù),楔塊參數(shù)楔塊聲速（vw）楔塊角度（）第一個晶片高度（h1）第一個晶片的偏移（x1）楔塊常用的材料是一種專利材料Rexolite,探頭電子控制,電子脈沖延遲（圖有錯）,斜波束,聚焦波束,線陣探頭線性掃查,線性探頭扇形掃查,連續(xù)或環(huán)形掃查,波束的形成原理,常規(guī)波束形成,常規(guī)UT探頭角度偏轉(zhuǎn)（發(fā)射）：根據(jù)惠更斯原理產(chǎn)生超聲波束在發(fā)射過程中斜楔塊引入適當?shù)难舆t，產(chǎn)生一個帶角度波束。,斜波束,常規(guī)波束形成,常規(guī)UT探頭控制波束（接收）根據(jù)惠更斯原理楔塊內(nèi)產(chǎn)生波束在接收過程中斜楔塊引入延遲，使“同相位”的波前同時撞擊到壓電晶片。,斜波束接收一側(cè),相控陣波束形成,相控陣探頭波束偏轉(zhuǎn)（接收）：在接收過程中施加合適的電子延遲。只有信號“滿足”延遲法則達到同相位，合并后才會產(chǎn)生有效信號。,相控陣波形成,相控陣信號處理總圖出于經(jīng)濟考慮，脈沖發(fā)生器通常采用多路輸出。Omniscan16/128是指儀器具有16個脈沖發(fā)生器，通過多路輸出得到128個超聲通道。,波束形成,聚焦波束接收側(cè),聚焦法則產(chǎn)生,聚焦法則計算器,本機工具TomoViewOmniscan“編程探頭”EPRI工作手冊PASS,CIVA,等.,相控陣波束的特點,波束聚焦,把超聲能量聚集到一個焦點的能力使用一個探頭可以把波束聚焦在不同深度對稱（比如拋物線）聚焦法則（時間延遲對晶片位置）,波束聚焦,非聚焦波束波束近場區(qū)和自然擴散角取決于孔徑A和波長。近場區(qū)擴散角（半擴散角，在-6dB）波束尺寸（在深度Z）,波束聚焦,聚焦的波束：聚焦系數(shù)（K）定義為:此處F=聚焦距離N近場區(qū)指定焦距的波束偏轉(zhuǎn)平面上的波束尺寸（dst）為：,波束聚焦理論,線性探頭晶片間隙1mm，頻率5MHz,聲速1480m/s,以上結(jié)果基于水盡方法。,波束剖面,動態(tài)深度聚焦,DDF是以單脈沖檢測深工件的理想方式。光速在返回時重新電子聚焦。不能增加靈敏度，只是增加視覺上的分辨率在采集數(shù)據(jù)時使用，不能做為后處理功能,動態(tài)深度聚焦,波束偏轉(zhuǎn),能夠修改陣列探頭產(chǎn)生波束的折射角的能力。單個探頭可以進行多角度檢測。使用不對稱的（比如線性）聚焦法則。,扇形掃查圖解,扇形掃查,扇形掃查有能力掃查整個工件截面，而無須移動探頭。用于檢測復雜的或檢測空間受限的幾何工件。把寬波束和/或多焦點探頭的優(yōu)勢集中在一個相控陣探頭中。,波束偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)能力與陣列中單個