相控陣技術(shù)介紹.ppt

,相控陣優(yōu)缺點(diǎn),為什么使用相控陣？,不需要移動(dòng)工件，實(shí)現(xiàn)高速電子掃查通過(guò)軟件控制波束特征提高檢測(cè)性能單個(gè)電子控制的相控陣探頭實(shí)現(xiàn)多角度檢測(cè)多種配置：P/E,T/R,TOFD,串列掃查對(duì)于復(fù)雜幾何體的檢測(cè)更具靈活性最佳的聚焦最佳的波束角度,相控陣技術(shù)能夠電子修改超聲探頭的特征。探頭修改是通過(guò)在陣列探頭中單個(gè)晶片的信號(hào)發(fā)射（觸發(fā)）和接收（回波）注入時(shí)間延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。任何用于缺陷檢測(cè)和測(cè)量的UT技術(shù)都可用相控陣探頭完成。,優(yōu)點(diǎn),相控陣最顯著的特點(diǎn)是可以靈活、便捷而有效地控制聲束形狀和聲壓分布。其聲束角度、焦柱位置、焦點(diǎn)尺寸及位置在一定范圍內(nèi)連續(xù)、動(dòng)態(tài)可調(diào);而且探頭內(nèi)可快速平移聲束。因此,與傳統(tǒng)超聲檢測(cè)技術(shù)相比,相控陣技術(shù)的,優(yōu)勢(shì)是用單軸扇形掃查替代柵格形掃查可提高檢測(cè)速度。不移動(dòng)探頭或盡量少移動(dòng)探頭可掃100%掃查厚大工件和形狀復(fù)雜工件的各個(gè)區(qū)域,是解決可達(dá)性差和空間限制問(wèn)題的有效手段。通常不需要復(fù)雜的掃查裝置,不需更換探頭就可實(shí)現(xiàn)整個(gè)體積或所關(guān)心區(qū)域的多角度多方向掃查,因此在核工業(yè)設(shè)備檢測(cè)中可減少受輻照時(shí)間。優(yōu)化控制焦柱長(zhǎng)度、焦點(diǎn)尺寸和聲束方向,在分辨力、信噪比、缺陷檢出率等方面具有一定的優(yōu)越性。,缺點(diǎn),探頭制造復(fù)雜，國(guó)內(nèi)目前不能制作探頭一般尺寸較大，受現(xiàn)場(chǎng)條件限制對(duì)檢測(cè)人員要求高并不能解決所有問(wèn)題，也不是進(jìn)行一次掃查就能發(fā)現(xiàn)所有缺陷,相控陣探頭,相控陣探頭是一種晶片的激發(fā)時(shí)間可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，以控制聲束軸線和焦點(diǎn)等參數(shù)的晶片陣列。根據(jù)晶片陣列型式不同，主要有1維線性陣列，2維線性陣列，1維環(huán)形陣列，2維環(huán)形陣列四種形式。,基本陣列設(shè)計(jì),線性陣列（1D）基本上是一個(gè)長(zhǎng)的常規(guī)探頭。切割成許多可以單獨(dú)激發(fā)的小晶片。,陣列探頭的設(shè)計(jì)參數(shù),探頭參數(shù)：頻率（f）陣列中晶片的數(shù)量（n）控制或激活方向上總的孔徑（A）高度，在機(jī)械軸或次軸方向上的孔徑（H）間距，兩個(gè)相鄰晶片的中心間距（p）單個(gè)晶片的寬度（e）,合成探頭技術(shù),PA探頭基于合成技術(shù)，從合成探頭獲得的信噪比比壓電陶瓷材料高10-30dB。壓電合成探頭使用薄陶瓷棒放在聚合體內(nèi)而制成。,合成探頭技術(shù),一個(gè)薄金屬層放在壓電合成體上。在這個(gè)金屬層內(nèi)設(shè)計(jì)的晶片確保壓電材料統(tǒng)一激發(fā)。,探頭制造：外殼,探頭的結(jié)構(gòu)與常規(guī)探頭相似,聲匹配壓電合成體填充材料多達(dá)128個(gè)共軸電線,相控陣探頭設(shè)計(jì)參數(shù),超聲相控陣探頭由一系列獨(dú)立的晶片構(gòu)成，每個(gè)晶片都有各自的接頭，延時(shí)電路和A/D轉(zhuǎn)換器晶片之間彼此聲絕緣根據(jù)預(yù)先計(jì)算好的時(shí)間延遲觸發(fā)晶片組中的每一個(gè)晶片，比如“相位”,1D線性陣列,許多線性探頭設(shè)計(jì)探頭可以在次軸上形成聚焦PA和探頭技術(shù)允許探頭加工成各種形狀，平的，曲線的，圓錐形的，橢圓形的.,普通的探頭幾何形狀,1D線性陣列2D線性陣列,常用的探頭幾何形狀,1D環(huán)形陣列2D環(huán)形陣列,常用的探頭幾何形狀,菊花探頭數(shù)據(jù),楔塊參數(shù),楔塊參數(shù)楔塊聲速（vw）楔塊角度（）第一個(gè)晶片高度（h1）第一個(gè)晶片的偏移（x1）楔塊常用的材料是一種專利材料Rexolite,探頭電子控制,電子脈沖延遲（圖有錯(cuò)）,斜波束,聚焦波束,線陣探頭線性掃查,線性探頭扇形掃查,連續(xù)或環(huán)形掃查,波束的形成原理,常規(guī)波束形成,常規(guī)UT探頭角度偏轉(zhuǎn)（發(fā)射）：根據(jù)惠更斯原理產(chǎn)生超聲波束在發(fā)射過(guò)程中斜楔塊引入適當(dāng)?shù)难舆t，產(chǎn)生一個(gè)帶角度波束。,斜波束,常規(guī)波束形成,常規(guī)UT探頭控制波束（接收）根據(jù)惠更斯原理楔塊內(nèi)產(chǎn)生波束在接收過(guò)程中斜楔塊引入延遲，使“同相位”的波前同時(shí)撞擊到壓電晶片。,斜波束接收一側(cè),相控陣波束形成,相控陣探頭波束偏轉(zhuǎn)（接收）：在接收過(guò)程中施加合適的電子延遲。只有信號(hào)“滿足”延遲法則達(dá)到同相位，合并后才會(huì)產(chǎn)生有效信號(hào)。,相控陣波形成,相控陣信號(hào)處理總圖出于經(jīng)濟(jì)考慮，脈沖發(fā)生器通常采用多路輸出。Omniscan16/128是指儀器具有16個(gè)脈沖發(fā)生器，通過(guò)多路輸出得到128個(gè)超聲通道。,波束形成,聚焦波束接收側(cè),聚焦法則產(chǎn)生,聚焦法則計(jì)算器,本機(jī)工具TomoViewOmniscan“編程探頭”EPRI工作手冊(cè)PASS,CIVA,等.,相控陣波束的特點(diǎn),波束聚焦,把超聲能量聚集到一個(gè)焦點(diǎn)的能力使用一個(gè)探頭可以把波束聚焦在不同深度對(duì)稱（比如拋物線）聚焦法則（時(shí)間延遲對(duì)晶片位置）,波束聚焦,非聚焦波束波束近場(chǎng)區(qū)和自然擴(kuò)散角取決于孔徑A和波長(zhǎng)。近場(chǎng)區(qū)擴(kuò)散角（半擴(kuò)散角，在-6dB）波束尺寸（在深度Z）,波束聚焦,聚焦的波束：聚焦系數(shù)（K）定義為:此處F=聚焦距離N近場(chǎng)區(qū)指定焦距的波束偏轉(zhuǎn)平面上的波束尺寸（dst）為：,波束聚焦理論,線性探頭晶片間隙1mm，頻率5MHz,聲速1480m/s,以上結(jié)果基于水盡方法。,波束剖面,動(dòng)態(tài)深度聚焦,DDF是以單脈沖檢測(cè)深工件的理想方式。光速在返回時(shí)重新電子聚焦。不能增加靈敏度，只是增加視覺(jué)上的分辨率在采集數(shù)據(jù)時(shí)使用，不能做為后處理功能,動(dòng)態(tài)深度聚焦,波束偏轉(zhuǎn),能夠修改陣列探頭產(chǎn)生波束的折射角的能力。單個(gè)探頭可以進(jìn)行多角度檢測(cè)。使用不對(duì)稱的（比如線性）聚焦法則。,扇形掃查圖解,扇形掃查,扇形掃查有能力掃查整個(gè)工件截面，而無(wú)須移動(dòng)探頭。用于檢測(cè)復(fù)雜的或檢測(cè)空間受限的幾何工件。把寬波束和/或多焦點(diǎn)探頭的優(yōu)勢(shì)集中在一個(gè)相控陣探頭中。,波束偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)能力與陣列中單個(gè)