最新超声相控阵检测技术ppt课件.ppt

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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

2、自动超声检测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。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

3、，图形直观，快捷，方便；USB接口，RS-232接口，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

4、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：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

5、，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

6、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，从而得到预先希望的波束入射角度和焦点位置，形成发射聚焦或声束偏转等效果；换能器发射的超声波遇到目标后产生回波信号，其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号进行延时补偿，然

7、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。同时，通过各阵元的相位、幅度控制以及声束形成等方法，形成聚焦、变孔径、变迹等多种相控效果。相控阵接收系统组成原理图设计的探头如图每片PZT晶片的尺寸18mm*2.5mm*0.8mm,晶片中心频率为3.5MHZ，相邻的晶片中心距为3mm.图中所示为PZT晶片宽度方向。超声波发射（放大）电路相控阵系统的相位延迟相位延时是实现超声相控阵原理的基本环节,在相控发射中，需要精确控制相位延时，以实现动态聚焦、相位偏转、相位偏转、声束形成等各种相控效果；理

8、论分析显示，只有尽力提高相位延时的精度、分辨率和稳定性，才能显著地抑制旁瓣，提高声束的横向和纵向分辨力，改善成像清晰度。相控阵相位延迟的方法模拟延迟方法：过去的医用B超中，模拟延迟线，如LC网络直接对模拟信号延迟，用电子开关分段切换获得不同的延迟量；缺点：1.体积庞大，结构复杂；2.不便实现动态聚焦和信号处理；3.电气参数难以确定