超聲波相控陣技術(shù)在無損檢測中的應(yīng)用

1、精品超聲波相控陣技術(shù)在無損檢測中的應(yīng)用早在 1959 年，Tom Brown 和 Hughes 在 Kelvin 注冊了一項(xiàng) 超聲波環(huán)形動(dòng)態(tài)聚焦探頭的專利技術(shù)，后來這項(xiàng)技術(shù)稱為相控陣。在上世紀(jì)60年代，關(guān)于超聲波相控陣的研究主要局限于實(shí)驗(yàn) 室；60年代末70年代初期，醫(yī)學(xué)研究者已將相控陣技術(shù)成功運(yùn)用 到人體超聲成像方面。然而超聲相控陣技術(shù)在工業(yè)方面的應(yīng)用發(fā)展緩 慢，主要是因?yàn)橄嗫仃囅到y(tǒng)復(fù)雜而當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)能力弱，缺乏對(duì)多晶片探頭進(jìn)行快速激發(fā)以及無法對(duì)掃查產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)文件進(jìn)行處理 的能力；另一個(gè)原因就是儀器費(fèi)用高昂，很少有公司愿意在這方面花 費(fèi)巨額費(fèi)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，相控陣系統(tǒng)的復(fù)雜

2、性和費(fèi)用都大 為降低。且相控陣技術(shù)相對(duì)于普通超聲波檢測有著明顯的優(yōu)勢，令相控陣超聲檢測技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域逐漸興起。 已在多種材料的檢測上進(jìn)行 了應(yīng)用并取得了較滿意的檢測結(jié)果。1原理簡介相控陣超聲波檢測技術(shù)基于惠更斯原理，所用探頭由多個(gè)晶片組成，應(yīng)用時(shí)按照一定的規(guī)則和時(shí)序?qū)μ筋^中的一組或者全部晶片進(jìn) 行激活（晶片的激活數(shù)量取決于相控陣儀器控制能力和檢測需要） 每個(gè)激活晶片發(fā)出的超聲波為次波， 次波相互干涉，形成所需的新的 波陣面?zhèn)鞑ラ_去成為超聲波束對(duì)工件進(jìn)行檢測。對(duì)于相控陣檢測儀器而言，基本上由兩部分組成，一部分是普 通的超聲波檢測部分，一部分是相控陣部分，其中普通的超聲部分負(fù)-可編輯-精品責(zé)發(fā)出壓

3、電脈沖信號(hào)，并對(duì)相控陣返回的信號(hào)進(jìn)行顯示處理； 相控陣部分將壓電脈沖信號(hào)根據(jù)預(yù)置規(guī)則進(jìn)行不同的延時(shí)施加到要被激活的晶片上，從而產(chǎn)生出不同的波束，見圖 1。對(duì)晶片進(jìn)行激活時(shí)所遵循的規(guī)則（即進(jìn)行何種方式的延時(shí)的觸發(fā)）稱之為聚焦法則（focal law ）,不同的延時(shí)能發(fā)射出不同的超聲 波束，使超聲波束具有相應(yīng)的波形。并且聚焦在不同的深度（根據(jù)干 涉原理僅能在近場區(qū)范圍內(nèi)聚焦），線性掃查無需聚焦。在一次掃查 過程中，可以設(shè)置多組聚焦法則，也就是說可以設(shè)置多組波束進(jìn)行掃 查，提高掃查效率和保證掃查部位。這也是相控陣的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)。一 一I I3rilhii.KillIT 3比較明顯的優(yōu)勢是檢測數(shù)據(jù)完整

4、，可通過對(duì)原生數(shù)據(jù)進(jìn)行成像 來分析工件內(nèi)部缺陷，定位定量準(zhǔn)確，定性方面降低了對(duì)人員經(jīng)驗(yàn)的 依賴性，降低了人為因素的誤差。另一方面相控陣?yán)脮r(shí)分復(fù)用技術(shù)-可編輯-精品可以用一個(gè)探頭激發(fā)出多種類型的超聲波束，一次掃查就能完成普通的數(shù)種掃查方式，特別適合快速檢測及對(duì)幾何形狀復(fù)雜的工件檢測。相控陣原理相控陣技術(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)來實(shí)現(xiàn)的。任何用于缺陷檢測和測量的UT技術(shù)都可用于相控陣探頭。不需要移動(dòng)工件，實(shí)現(xiàn)高速電子掃查通過軟件控制波束特征提高檢測性能單個(gè)電子控制的相控陣探頭實(shí)現(xiàn)多角度檢測多種配置：P/E, T/R, TOFD,串列掃查對(duì)于復(fù)雜幾何體的檢測更具靈活性最佳的聚焦最佳的波束角度按照預(yù)定的幾何形狀訂購陣列探頭這些陣列探頭像常規(guī)超聲探頭一樣，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)制作, 用于一些特定的應(yīng)用典型的陣列設(shè)計(jì)是：線型矩陣-可編輯-精品環(huán)陣一扇陣為什么使用相控陣？不需要移動(dòng)工件，實(shí)現(xiàn)高速電子掃查通過軟件控制波束特征提高檢測性能單個(gè)電子控制的相控陣探頭實(shí)現(xiàn)多角度檢測多種配置：P/E, T/R, TOFD,串列掃查對(duì)于復(fù)雜幾何體的檢測更具靈活性最佳的聚焦最佳的波束角度常規(guī)波束形成-可編輯-精