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1、超聲相控陣檢測技術摘要超聲相控陣檢測技術的應用始于20世紀60年代，目前已廣泛應用于醫(yī)學超聲成像領域°由于該系統(tǒng)復雜且制作成木高，因而在工業(yè)無損檢測方面的應用受到限制。近年來，超聲相控陣技術以其靈活的聲束偏轉及聚焦性能越來越引起人們的重視。由于壓電復合材料、納秒級脈沖信號控制、數(shù)據(jù)處理分析、軟件技術和計算機模擬等多種高新技術在超聲相控陣成像領域中的綜合應用，使得超聲相控陣檢測技術得以快速發(fā)展，逐漸應用于工業(yè)無損檢測，如對氣輪機葉片（根部）和渦輪惻盤的檢測、石油天然氣管道焊縫檢測、火車輪軸檢測、核電站檢測和航
2、空材料的檢測等領域。關鍵詞超聲檢測；相控陣；波朿；鋼管，探傷超聲無損檢測技術又稱超聲無損探傷技術，它是利用物質屮因由缺陷或組織結構上差界的存在而會使超聲某些物理性質的物理量發(fā)牛變化的現(xiàn)象，通過一定的檢測手段米檢測或測量這些缺陷。利用超聲波在物體屮的多種傳播特性，例如反射與折射、衍射與散射、衰減以及在不同材料屮的聲速不同的特點，可以測量各種材料上件的尺寸、密度、內部缺陷、組織變化等。超聲波檢測是應月j最為廣泛的一種重要的無損檢測技術。超聲檢測的基本過程如圖1超聲發(fā)射超聲傳播回波接收缺陷判別圖1超聲檢測基木過程
3、H前我們最常用的超聲無損檢測方法是超聲脈沖回波法，基本原理是超聲波傳播到兩種不同的介質（如空氣和金屬試件）界而時，由于兩種介質的聲學特性存在差異，會產牛反射和透射現(xiàn)象。其聲壓反射率和透射率與兩種介質的聲阻抗有關。與剛體介質聲阻抗相比，空氣的聲阻抗很小。因此超聲通過固體和空氣界面幾乎是全反射。脈沖冋波法（即A型掃描）就是通過測量超聲信號往返于缺陷的反射回波的傳播吋間，來確定缺損和表面的距離，同吋也可根據(jù)超聲同波的幅度,來分析缺陷的大小。探頭晶片探頭晶片試塊1~11iL試塊rn缺陷上—V八缺陷冋波脈沖始發(fā)波底面
4、冋波脈沖始發(fā)波底面冋波有缺陷無缺陷圖2脈沖冋波法（A掃）如圖2所示，當試件沒有缺陷吋，超聲波可以順利傳播到底面，同波圖屮只有發(fā)牛脈沖和底面回波兩個信號°若試件屮存在缺陷吋，回波圖小在底面回波前還有缺陷同波。如果缺陷很人，可能會有就只有缺陷回波的情況。在脈沖回波A型超聲檢測的基礎上加以改進，加上機械掃查裝置或人上來移動探頭，在顯示回波時，根據(jù)同波幅度用灰度圖像顯示，就可以構成多種掃描成像方式。如B型掃描成像、C型掃描成像顯示。B型成像顯示的是與聲朿方向平行且與探頭移動平面垂直的剖面，即試件內部缺陷的縱截面圖；
5、C型成像顯示的是與聲束掃奄平而及探頭移動平而都垂直的剖而，即工件內部缺陷的橫截而圖。相控陣探頭超聲相控陣技術需使用不同形狀的多陣元換能器來滿足構件檢測的需求。圖3為不同形狀的超聲相控陣換能器，按其陣元排列方式分為一維線形陣列、-?維圖3相控陣探頭陣元幾何排列示意圖環(huán)形陣列、二維矩形陣列、二維分段交錯環(huán)形陣列和圓形陣列四種形式與面形和環(huán)形陣列相比，線形陣列具有容易加工，發(fā)射接收延遲控制電路較簡單，容易實現(xiàn)等優(yōu)點，因此在實際應用屮使用較多。環(huán)形陣列由于不能進行聲束偏轉控制，大多應用在醫(yī)學成像和脈沖多普勒體積流量
6、計小。其屮二維分段交錯環(huán)形陣列比較特殊，專門用于棒材檢測。由于H前加工工藝限制，及電路復雜和制作成本高,使二維矩形陣列仍主要應用于醫(yī)用B超上工業(yè)上很少使用。圓形陣列主耍用于檢測管子的內外壁缺陷。超聲相控陣檢測原理超聲相控陣技術是通過控制各個獨立陣元的延時，可牛成不同指向性的超聲波波束，產牛不同形式的聲束效果，可以模擬各種斜聚焦探頭的工作，并且可以電子掃描和動態(tài)聚焦，無需或少移動探頭，檢測速度快，探頭放在i個位置就可以牛成被檢測物體的完整圖像，實現(xiàn)了自動掃查，且可檢測復雜形狀的物體，克服了常規(guī)A型超聲脈沖法的
7、一些局限。如圖4以線性陣列探頭為例來介紹相控陣平行線性掃描、扇形掃描以及動態(tài)聚焦的原理。圖4@)屮，陣列換能器陣元的激勵時序是從左到右，由若干個陣元組成-組發(fā)射盧束，通過控制的陣元的激勵，使聲束也沿著線陣的方向從左到右移動，進行平行線性掃描，類似醫(yī)學上的實時掃描。圖4(b)屮，將陣列陣元逐個等間隔的加人延時發(fā)射，使合成的波陣面具有一個偏角的平面波，這就是相控陣偏轉，改變延時間隔的大小，可以用于在一定范圍的空間進行扇形掃描。圖4(c)屮，通過控制陣列陣元發(fā)射信號的相位延時，使兩端的陣元先發(fā)射，小間的陣元延遲發(fā)
8、射，并指向一個垂直方向移動的聚焦點，使聚焦點位置的聲場最強。激發(fā)時間延遲時間延遲平行打描N扇形掃描深度聚焦換能器發(fā)射的超聲波遇到FI標以后產牛回波信號,其到達各陣元的吋間存(a)(b)(c)圖4超聲相控陣掃描原理圖在差異。按照回波到達各陣元的時間茅對各陣元接收到的信號進行延時補償，然后合成相加，根據(jù)信號處理的結果判斷山冋波聲源的位置。超聲相控陣成像原理及特點超聲檢測時需耍對物體內某一區(qū)域進行成像，為此必須進行聲束
