超声相控阵检测技术.ppt(00001)

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1、超声相控阵检测技术超声相控阵综述超声相控阵技术已有近2O多年的发展历史，初期主要应用于医疗领域，医学超声成像中。系统的复杂性、固体中波动传播的复杂性及成本费用高等原因，使其在工业无损检测中的应用受限制。近年来，超声相控阵技术以其灵活的声束偏转及聚焦性能越来越引起人们的重视。由于压电复合材料、纳秒级脉冲信号控制、数据处理分析、软件技术和计算机模拟等多种高新技术在超声相控阵成像领域中的综合应用。使得超声相控阵检测技术得以快速发展，逐渐应用于工业无损检测。相控阵国外研究进展目前，在国外，以相控阵超声检测技术为代表的新型管道全自动超声检测

2、仪已经进入实用阶段，代表了管道焊缝检测技术的发展方向。90年代末，加拿大R/DTECH公司首先将相控阵检测技术应用于管道探伤领域，开发了相控阵全自动超声检测系统。相控阵超声检测系统是通过电子技术来实现声束的扫查方向和聚焦深度的控制，可以以同一个探头来实现不同壁厚、不同材质管道焊缝的检测任务，克服了常规多探头自动超声检测系统调整难度大和探头适应范围窄以及设备沉重的缺点。相控阵国内研究进展2000年8月由中国石油天然气管道科学研究院等单位组成了研究开发实体，于2001年5月在中国石油天然气集团公司申请立项了“大口径环焊缝相控阵超声波无

3、损检测设备研制”科技开发项目，并于2003年3月顺利通过了中国石油天然气集团公司的鉴定，该项目的研制成功填补了国内空白，达到了国外同类产品的水平。国内的相控阵仪器还没有商品化；相控阵国内应用相控阵技术目前在国内真正做到大量应用的尚只有西气东输工程，在航空系统和核工业系统等一些部门也有少量的应用；西气东输：2000年9月在青海湖畔的实验段中，引进的PipeWIZARD相控阵全自动超声检测系统。2001年，从西气东输一标段的实验段，截至一标段主体管线完工时，实际检测了焊缝6919道，其结果和射线底片结果的符合率达80％以上，还检出了大

4、量在射线底片上不明显的未熔合缺陷；科研院所：清华，天津大学，西安交大，大连理工，上海交通大学；相控阵的优点探头尺寸更小；检测难以接近的部位；检测速度快，检测灵活性更强；可实现对复杂结构件和盲区位置缺陷的检测；通过局部晶片单元组合对声场控制，可实现高速电子扫描，对试件进行高速，全方位和多角度检测；由于以下因素可以节约系统成本：探头更少机械部分少实验室的相控阵仪器：OminiScan相控阵探头OminiScan的主要性能有两个模块，超声相控阵，电涡流的模块；全功能S扫描，A，B，C扫描，图形直观，快捷，方便；USB接口，RS-232接

5、口，视频输出和以太网接口；数据存储卡，接近计算机的人机界面；完整的报告设置；OminiScan仪器实际检测的图片压电晶片天然石英晶体、一水硫酸锂晶体、碘酸锂、铌酸锂、钛酸钡、锆钛酸铅(PZT),钛酸铅、偏铌酸铅和极化的多晶陶瓷等等。最常用：PZT压电效应阵列探头的基本构造1.压电晶片；2.声阻尼块；3.耦合层；4.声透镜；5.导线。探头的几何外形线形阵1维线形阵2维矩形阵圆形阵1维环形阵2维扇形阵晶片阵列方向孔径(A)晶片加工方向宽度(H)单个晶片宽度(e)两个晶片中心之间的间距(p)相控阵探头设计参数超声波的扫描和显示A型显示：

6、A扫，工业超声检测中应用最多，是目前脉冲发射式探伤仪最基本的显示方式；荧光屏上纵坐标代表发射回波的幅度，横坐标代表发射回波的传播时间，根据缺陷反射波的幅度和时间确定缺陷的大小和存在的位置。B型显示：又称B扫。它以反射回波作为辉度调制信号，用亮点显示接收信号，在荧光屏上纵坐标表示波的传播时间，横坐标表示探头的水平位置，反映缺陷的水平延伸情况；B扫能直观显示缺陷在纵截面上的二维特性，获得截面直观图。超声波的扫描和显示C型显示：又称C扫。以反射回波作为辉度调制信号，用亮点或者暗点显示接收信号，缺陷回波在荧光屏上显示的亮点构成被检测对象中

7、缺陷的平面投影图；这种显示方式能给出缺陷的水平投影位置，但不能确定缺陷的深度；一般A扫和C扫结合：A扫显示深度信息；C扫显示缺陷形状及当量信息；超声轴+扫查轴B扫编码轴+扫查轴C扫编码轴+扫查轴C扫超声波探伤方法共振法；脉冲回波法；穿透法；脉冲回波法原理(超声相控阵也是基于此原理)：无缺陷有小缺陷有大缺陷超声相控阵的检测原理相控阵超声检测技术是通过电子系统控制换能器阵列中的各个阵元，按照一定的延迟时间规则发射和接收超声波，从而动态控制超声束在工件中的偏转和聚焦来实现材料的无损检测方法；相控阵发射超声相控阵应用许多的单元换能器来产生

8、和接收超声波波束。通常在一维或多维上排列若干单元换能器组成阵列。利用事先设计确定好的各自独立的发射和时间延迟电路来依次激励一个或几个单元换能器，产生具有可控的人为预定的确定相位的声波，所有单元换能器在检测对象中产生的超声声场相互干涉迭加，从而得到预