相控陣工作原理PPT課件

1、Source: NDT On-line相控陣定義相控陣定義 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)的換能器晶片陣列。第1頁/共34頁 相控陣能做什么？ 線形掃查 扇形掃查 動態(tài)深度聚焦第2頁/共34頁 12345678910 11 12 13 14 15 16X=-7.9, Y=-8.0 - X=7.9Y=8.01234567891011121314151617181920212223242526272829303132X=-3.9, Y=-1.9 - X=3.9Y=1.9123456789101112131415161718192021222324252627282930

2、31323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061X=-6.5, Y=-6.5 - X=6.5Y=6.5線形陣1維 線形陣2維 矩形陣圓形陣 1維 環(huán)形陣 2維 扇形陣第3頁/共34頁pgeHA相控陣探頭設(shè)計參數(shù)相控陣探頭設(shè)計參數(shù)第4頁/共34頁F一個長方形晶片被切割成許多個小晶片，形成一維陣列探頭，每個小晶片都可以單獨激發(fā)。相控陣探頭設(shè)計參數(shù)相控陣探頭設(shè)計參數(shù)第5頁/共34頁晶片數(shù)量：10 孔徑：10 x 10mm波束聚焦波束聚焦晶片數(shù)量：16 孔徑：16 x 10mm晶片數(shù)量：32 孔徑：32 x 10mm第6頁/共

3、34頁第7頁/共34頁dA 點A 可以因為所有的波束都在晶片波束寬度內(nèi)B點B的效果不好因為波束超出了晶片的波束寬度 d41. 0sin第8頁/共34頁用不同的延時激發(fā)晶片產(chǎn)生不同外形的波束這是一個縱波各個晶片延時相等第9頁/共34頁電子掃查電子掃查 探頭不作任何機(jī)械移動，而波束沿晶片陣列方向作電子掃查。 通過對激活晶片組進(jìn)行多路延時，使波束產(chǎn)生移動。 掃查寬度局限于: 陣列中晶片的數(shù)量 采集系統(tǒng)支持的通道數(shù)量激活晶片組第10頁/共34頁對橫波而言, 延時參數(shù)是“傾斜的” 如圖所示。第11頁/共34頁圖中有陣列里的各個晶片; 加在每個晶片上的延時; 產(chǎn)生的波束在早期、中期和焦點處的形狀。為了聚焦

4、和傾斜, 我們采用復(fù)合曲線和拋物線。第12頁/共34頁相控陣波束形成原理相控陣波束形成原理第13頁/共34頁F常規(guī)超聲探頭波束角度偏轉(zhuǎn) (發(fā)射) 根據(jù)惠更斯原理產(chǎn)生超聲波束 通過帶角度楔塊的延時使波束角度產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)CrystalWedgeMaterialExcitation pulseWave frontDelayLocationABCABC常規(guī)超聲波束形成常規(guī)超聲波束形成第14頁/共34頁F常規(guī)超聲探頭波束角度偏轉(zhuǎn) (接收) 根據(jù)惠更斯原理在楔塊中產(chǎn)生超聲波束 在超聲波接收過程中帶角度楔塊提供延時使同相位信號在壓電晶片上產(chǎn)生結(jié)構(gòu)干涉。CrystalWedgeMaterialReceived s

5、ignalDelayLocationABCABCS常規(guī)超聲波束形成常規(guī)超聲波束形成第15頁/共34頁F相控陣探頭波束偏轉(zhuǎn) (發(fā)射) 根據(jù)惠更斯原理在楔塊中產(chǎn)生超聲波束 發(fā)射過程中通過軟件施加精確延時產(chǎn)生帶角度波束Wave frontTimeDelayElementFocal law相控陣波束形成相控陣波束形成第16頁/共34頁F相控陣波束形成 (接收) 接收過程中通過軟件施加精確延時 只有符合延時法則的信號保持同相位，并在合計后產(chǎn)生有效信號。S相控陣波束形成相控陣波束形成第17頁/共34頁相控陣信號處理概述 相控陣波束形成相控陣波束形成第18頁/共34頁焊縫線形掃查焊縫線形掃查第19頁/共34

6、頁相控陣焊縫串列掃查相控陣焊縫串列掃查第20頁/共34頁扇形掃查 不改變位置而改變?nèi)肷浣?檢測缺陷時很有用。第21頁/共34頁12.NF扇形掃查可以不移動探頭就檢測整個待檢工件F檢測表面復(fù)雜或空間有限的情況下大有用武之地F一個相控陣探頭結(jié)合了寬波束探頭和多焦點探頭的優(yōu)勢第22頁/共34頁第23頁/共34頁扇形掃查對“難以接近”的復(fù)雜型面十分適合如，渦輪葉的根部檢測第24頁/共34頁相控陣檢測:30-60度的橫波做扇形掃查步進(jìn)為1度沿圓周軸向做機(jī)械掃查相控陣探頭:5 MHz, 16晶片, 16 mm x 16 mm固定在楔塊上試塊:EDM槽2 mm x 0.5 mm第25頁/共34頁第26頁/共

7、34頁 將兩種掃查結(jié)合起來可以得到獨特的視圖 使用Tomoview 軟件使設(shè)置更簡單第27頁/共34頁第28頁/共34頁 Mechanical Displacementc = velocity in materialFOCUS DEPTH (PULSER)DYNAMIC FOCUSING (RECEIVER)Beam displacement動態(tài)深度聚焦（DDF） 在用一個脈沖檢測薄件時十分有效。 波束在返回時重新聚焦第29頁/共34頁 標(biāo)準(zhǔn)的相控陣動態(tài)深度聚焦DDF 在掃查時不斷為接收信號重新載入聚焦法則。 這一操作靠硬件完成, 所以很快。 現(xiàn)在用一個脈沖可以從0聚焦到100深度的地方。第30頁/共3