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1、超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)超聲相控陣綜述超聲相控陣技術(shù)已有近2O多年的發(fā)展歷史，初期主要應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)超聲成像中。系統(tǒng)的復(fù)雜性、固體中波動(dòng)傳播的復(fù)雜性及成本費(fèi)用高等原因，使其在工業(yè)無損檢測(cè)中的應(yīng)用受限制。近年來，超聲相控陣技術(shù)以其靈活的聲束偏轉(zhuǎn)及聚焦性能越來越引起人們的重視。由于壓電復(fù)合材料、納秒級(jí)脈沖信號(hào)控制、數(shù)據(jù)處理分析、軟件技術(shù)和計(jì)算機(jī)模擬等多種高新技術(shù)在超聲相控陣成像領(lǐng)域中的綜合應(yīng)用。使得超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)得以快速發(fā)展，逐漸應(yīng)用于工業(yè)無損檢測(cè)。相控陣國(guó)外研究進(jìn)展目前，在國(guó)外，以相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)為代表的新型管道全自動(dòng)超聲檢測(cè)
2、儀已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段，代表了管道焊縫檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向。90年代末，加拿大R/DTECH公司首先將相控陣檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于管道探傷領(lǐng)域，開發(fā)了相控陣全自動(dòng)超聲檢測(cè)系統(tǒng)。相控陣超聲檢測(cè)系統(tǒng)是通過電子技術(shù)來實(shí)現(xiàn)聲束的掃查方向和聚焦深度的控制，可以以同一個(gè)探頭來實(shí)現(xiàn)不同壁厚、不同材質(zhì)管道焊縫的檢測(cè)任務(wù)，克服了常規(guī)多探頭自動(dòng)超聲檢測(cè)系統(tǒng)調(diào)整難度大和探頭適應(yīng)范圍窄以及設(shè)備沉重的缺點(diǎn)。相控陣國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展2000年8月由中國(guó)石油天然氣管道科學(xué)研究院等單位組成了研究開發(fā)實(shí)體，于2001年5月在中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司申請(qǐng)立項(xiàng)了“大口徑環(huán)焊縫相控陣超聲波無
3、損檢測(cè)設(shè)備研制”科技開發(fā)項(xiàng)目，并于2003年3月順利通過了中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司的鑒定，該項(xiàng)目的研制成功填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，達(dá)到了國(guó)外同類產(chǎn)品的水平。國(guó)內(nèi)的相控陣儀器還沒有商品化；相控陣國(guó)內(nèi)應(yīng)用相控陣技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)真正做到大量應(yīng)用的尚只有西氣東輸工程，在航空系統(tǒng)和核工業(yè)系統(tǒng)等一些部門也有少量的應(yīng)用；西氣東輸：2000年9月在青海湖畔的實(shí)驗(yàn)段中，引進(jìn)的PipeWIZARD相控陣全自動(dòng)超聲檢測(cè)系統(tǒng)。2001年，從西氣東輸一標(biāo)段的實(shí)驗(yàn)段，截至一標(biāo)段主體管線完工時(shí)，實(shí)際檢測(cè)了焊縫6919道，其結(jié)果和射線底片結(jié)果的符合率達(dá)80％以上，還檢出了大
4、量在射線底片上不明顯的未熔合缺陷；科研院所：清華，天津大學(xué)，西安交大，大連理工，上海交通大學(xué)；相控陣的優(yōu)點(diǎn)探頭尺寸更??；檢測(cè)難以接近的部位；檢測(cè)速度快，檢測(cè)靈活性更強(qiáng)；可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件和盲區(qū)位置缺陷的檢測(cè)；通過局部晶片單元組合對(duì)聲場(chǎng)控制，可實(shí)現(xiàn)高速電子掃描，對(duì)試件進(jìn)行高速，全方位和多角度檢測(cè)；由于以下因素可以節(jié)約系統(tǒng)成本：探頭更少機(jī)械部分少實(shí)驗(yàn)室的相控陣儀器：OminiScan相控陣探頭OminiScan的主要性能有兩個(gè)模塊，超聲相控陣，電渦流的模塊；全功能S掃描，A，B，C掃描，圖形直觀，快捷，方便；USB接口，RS-232接
5、口，視頻輸出和以太網(wǎng)接口；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡，接近計(jì)算機(jī)的人機(jī)界面；完整的報(bào)告設(shè)置；OminiScan儀器實(shí)際檢測(cè)的圖片壓電晶片天然石英晶體、一水硫酸鋰晶體、碘酸鋰、鈮酸鋰、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛(PZT),鈦酸鉛、偏鈮酸鉛和極化的多晶陶瓷等等。最常用：PZT壓電效應(yīng)陣列探頭的基本構(gòu)造1.壓電晶片；2.聲阻尼塊；3.耦合層；4.聲透鏡；5.導(dǎo)線。探頭的幾何外形線形陣1維線形陣2維矩形陣圓形陣1維環(huán)形陣2維扇形陣晶片陣列方向孔徑(A)晶片加工方向?qū)挾?H)單個(gè)晶片寬度(e)兩個(gè)晶片中心之間的間距(p)相控陣探頭設(shè)計(jì)參數(shù)超聲波的掃描和顯示A型顯示：
6、A掃，工業(yè)超聲檢測(cè)中應(yīng)用最多，是目前脈沖發(fā)射式探傷儀最基本的顯示方式；熒光屏上縱坐標(biāo)代表發(fā)射回波的幅度，橫坐標(biāo)代表發(fā)射回波的傳播時(shí)間，根據(jù)缺陷反射波的幅度和時(shí)間確定缺陷的大小和存在的位置。B型顯示：又稱B掃。它以反射回波作為輝度調(diào)制信號(hào)，用亮點(diǎn)顯示接收信號(hào)，在熒光屏上縱坐標(biāo)表示波的傳播時(shí)間，橫坐標(biāo)表示探頭的水平位置，反映缺陷的水平延伸情況；B掃能直觀顯示缺陷在縱截面上的二維特性，獲得截面直觀圖。超聲波的掃描和顯示C型顯示：又稱C掃。以反射回波作為輝度調(diào)制信號(hào)，用亮點(diǎn)或者暗點(diǎn)顯示接收信號(hào)，缺陷回波在熒光屏上顯示的亮點(diǎn)構(gòu)成被檢測(cè)對(duì)象中
7、缺陷的平面投影圖；這種顯示方式能給出缺陷的水平投影位置，但不能確定缺陷的深度；一般A掃和C掃結(jié)合：A掃顯示深度信息；C掃顯示缺陷形狀及當(dāng)量信息；超聲軸+掃查軸B掃編碼軸+掃查軸C掃編碼軸+掃查軸C掃超聲波探傷方法共振法；脈沖回波法；穿透法；脈沖回波法原理(超聲相控陣也是基于此原理)：無缺陷有小缺陷有大缺陷超聲相控陣的檢測(cè)原理相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)是通過電子系統(tǒng)控制換能器陣列中的各個(gè)陣元，按照一定的延遲時(shí)間規(guī)則發(fā)射和接收超聲波，從而動(dòng)態(tài)控制超聲束在工件中的偏轉(zhuǎn)和聚焦來實(shí)現(xiàn)材料的無損檢測(cè)方法；相控陣發(fā)射超聲相控陣應(yīng)用許多的單元換能器來產(chǎn)生
8、和接收超聲波波束。通常在一維或多維上排列若干單元換能器組成陣列。利用事先設(shè)計(jì)確定好的各自獨(dú)立的發(fā)射和時(shí)間延遲電路來依次激勵(lì)一個(gè)或幾個(gè)單元換能器，產(chǎn)生具有可控的人為預(yù)定的確定相位的聲波，所有單元換能器在檢測(cè)對(duì)象中產(chǎn)生的超聲聲場(chǎng)相互干涉迭加，從而得到預(yù)
