无锡超声相控阵检测

石敏1-7-7-1-5-8-2-8-7-0-7

在国内，主要集中于医疗领域，在工业检测方面还非常落后，主要的设备都依赖于进口，2001 年首先引入相控阵系统PIPEWIZARD 全自动超声检测系统，成功应用于国家重点工程——西气东输。

超声波相控阵检测的特点：

超声波相控阵检测系统可以是手动，半自动，或者全自动工作。相对于常规的单探头超声波检测方法，超声波相控阵检测技术的特点在于：简单手工操作；具有多种扫描方式；检测效率高；适应性强。

超声相控阵检测应用范围：

超声相控阵检测适用于能源工业、石化工业、航空航天工业、船舶、铁轨、汽车等行业。如核电站和能源工厂重要零部件的检测，如涡轮盘、涡轮叶片根部、核反应堆的管道、容器和转子、法兰盘等，管道检验，腐蚀检测和绘制腐蚀图，大型曲面板材、铝合金焊缝、搭接连接、环形件和喷嘴、各种制件的结构完整评价等

超声相控阵检测教材-第四章-超声检测设备探头及试块

第四章超声相控阵检测设备、探头及试块 4.1 相控阵检测的设备 4.1.1 相控阵检测设备概述 1、设备的作用相控阵检测设备时超声波相控阵检测的主体设备，它的作用是通过改变相控阵探头晶片的激发接受延迟产生超声波，同时将探头送回的电信号进行放大，通过一定图像方式显示出来，从而得到被检测工件内部有无缺陷及缺陷位置和大小等信息。 2、相控阵检测设备系统结构超声相控阵检测设备主要包括超声发射部分和接收部分，目前国内外大型超声检测设备的系统设设计方案主要有三种：发射与接收分离系统；发射与接收集成且发射与接收板集成和发射与接收集成但是发射与接收板级分离。它们的优缺点如下所示。

数字相控阵超声成像检测系统是一个复杂的系统，通道数多，而且通道之间一致性要求很高，为了较高的综合指标，采用发射与接收集成但是发射与接收板级分离的方案。板卡之间通过总线相连。总线的带宽对于系统的性能也有着较大的影响，也是系统设计的关键之一。目前仪器系统中采用的总线主要有PXI总线和VXI总线。表4-1 PXI总线与VXI总线对比

PXI VXI 总线宽度32/64b32b 数据交换能力132/328Mb/s40/80Mb/s 集成度高高接口开发方便方便价格低高 4.1.2 数字相控阵超声成像检测硬件系统数字相控阵超声成像检测的硬件系统，其内容包括相控阵超声发射和接收电路、前置放大与阻抗转换、程控放大、滤波与检波、A/D转换、同步与相位延迟控制、程控与逻辑控制等硬件。图4-1 数字相控阵超声成像检测硬件系统 4.1.2.1 数字相控阵超声发射电路（1）发射电路有较高的发射效率。原因是相控阵超声系统的通道数比较多，系统的发射功率和散热是一个非常重要的问题。相关研究表明，当探头的激励脉冲宽度为探头中心频率对应周期的一半时，发射电路的发射效率较高。由于检测不同的工件需要使用不同频率的探头，为保证系统较高的发射效率，在设计相控阵超声发射电路时，需要所设计的发射电路能够调节激励脉宽。（2）由于相控很超声检测对通道之间的一致性要求比较高，因此要求发射电路通道间一致

使用相控阵进行超声检测的常规步骤

使用相控阵进行超声检测的常规步骤 2006.5.1 制作者：马克.戴维斯美国无损检测学会超声三级奥林巴斯无损检测

免责条款使用这个程序之前仔细阅读下面的内容，你确信可以接受下面所有的条款和条件。 1．这个程序没有进行任何形式的授权，提供给客户的仅仅是一个最基本的原理，使用此程序的全部风险和后果由消费者和最终用户承担，奥林巴斯无损检测和戴维斯不能做出明确的和含蓄的保证，但是不包括商业上的承诺，要尊重此程序。 2．无论使用这个程序所产生的任何直接的、间接的和附带的损害结果，奥林巴斯无损检测和戴维斯不承担任何责任，包括商业利益的损失、商业中断、商业信息的丢失等等，在这个程序派生出来的其他技术，在这个协议之外或者不能使用这个程序，奥林巴斯已经考虑到这个损害的可能性。

目录 1.0 目的 2.0 范围 3.0 参考书目 4.0 超声相控阵检测设备 5.0 相控阵设备的线性 6.0 相控阵探头可操作确认 7.0 相控阵系统校准 8.0 表面处理 9.0 扫查覆盖和扫查方法 10.0 记录评价标准和波幅判断 11.0 检测后的清理 12.0 文件附录1 相控阵术语学附录2 相控阵内不可用晶片的评价指导方针附录3 超声信号的缺陷定性附录4 相控阵确定缺陷的尺寸

1.0目的 1.1这个程序提供了手动和带编码器的相控阵检测焊缝和母材的必要条件。 1.2这个程序也对相控阵的以下几个方面很有用 1.2.1 探测 1.2.2 定性 1.2.3 缺陷长度 1.2.4 缺陷位置：距离上表面或者下表面 1.2.5 缺陷尺寸：向内表面或者外表面延伸的连接裂纹 2.0 应用范围 2.1 此程序可以用于一般的相控阵检测，也可以用于炭钢和不锈钢的焊缝和母材的检测 2.2 这个程序可应用在0.5到1英寸的厚度上，为了和程序保持一致，有效的范围要乘以0.5到1.5倍（举个例子：最小的尺寸是0.25英寸，和最小的一样最大的尺寸是1 .5英寸）。 2.3 当需要一个标准的时候，此程序的设计论证了奥林巴斯无损检测相控阵系统Omniscan是符合美国机械工程师协会的标准。 2.4 使用Omniscan 相控阵系统做一个标准的测试演示实例。 2.5 针对产品外形和材料的特殊要求，设计一个大概的相控阵检测计划。 3.0 参考书目 3.1美国机械工程师协会，锅炉和压力容器标准，第四章第五节，

超声相控阵检测系统

超声相控阵检测系统摘要：在无损检测领域里，超声检测凭借可靠、安全、经济的优势，得到了越来越广泛的应用。超声相控阵系统由于具有独特的线性扫查、动态聚焦、扇形扫描的特点，成为近几年超声检测领域里的一个研究热点。本文介绍了超声相控阵的发展、在工业领域中的应用以及国内外现状。简述了超声相控阵系统工作原理、主要特点及相控阵系统的探头、超声发射接收电路、超声成像部分。说明了超声相控阵的研究在无损检测领域里具有广阔的应用前景。关键词：无损检测；超声相控阵；相控阵探头；超声成像 Ultrasonic phased array testing system Liu Shengchun （College of information and communication Engineering, Harbin Engineering University, Harbin, Heilongjiang 150001, China） Abstract:In non-destructive detecting field, depending on the superiorities of credibility, security and economy, ultrasonic detecting is getting more and more broad application. Ultrasonic phased array system which has characteristics of linearity scanning , dynamic focus and sector scanning, is becoming a hot research in the ultrasonic detecting field in recent years.This paper introduce the development, status quo of ultrasonic phased array, and its application in industry. Briefly describe its work principle, main characteristic and phased array system including probe,ultrasonic transmitting and receiving circuit and ultrasonic imaging. It illuminates that there is a wide application foreground of ultrasonic phased array's research in non-destructive detecting field. Key words:Non-destructive defecting;Ultrasonic phased array;Phased array probe;Ultrasonic imaging 1 引言超声相控阵技术已有40多年的发展历史，初期，由于系统的复杂

超声相控阵检测教材-第七章-ISONIC相控阵操作说明

ISONIC相控阵设备操作指南焊缝高级检测软件功能

一、进入检测界面 1、根据所使用的仪器进入相控阵检测模式，在相控阵界面下点击，见图1所示。图1 2、点击进入选项模式，见图2所示。图2 3、点击进入焊缝检测模式。见图3所示。

图3 4、相控阵探头选择根据检测选用的相控阵探头选择相应的探头型号，如图4所示，图4右上角所显示的即为探头楔块及探头的参数。如果在“选择探头”的下拉选项中无检测所用的探头型号，则点击手动输入探头及楔块的参数进行保存。然后点击。图4

5、点击进入相控阵扇形扫描参数设置界面，如图5所示。图5

二、检测参数设置： 1、基础参数设置： ●增益：根据检测对象所需的检测灵敏度进行设置。 ●声程：根据检测对象设置声程范围。 ●声速：设置为横波声速（例如：钢中横波声速为3230m/s）。 ●显示延迟：就是常说的“零偏”设置。点击（如图6所示），通过点击左键或右键，将“表面补偿”设置为激活状态（如图7、图8所示），点击，仪器将自动校准“零偏”。自动校准后的显示延迟将会自动修正为探头延迟，如图6所示。注：此处“表面补偿”为调节检测参数时所选用的入射角度（“激发设置”中所选取的调节检测参数的入射角度）在探头楔块中传播的延时，及探头延时，仪器自动校准“表面补偿”，即零偏后，显示延迟与“测量参数”中的探头延迟相同。“测量参数”中的探头延迟，当选定入射角度后，仪器自动计算生成，所以是不可修改的，调节的左键右键为灰色图标。如图9、图10所示。本次示例选择的入射角度为55°，探头延时为13.45us。图6

图7 图8

超声相控阵检测教材超声相控阵技术

第三章超声相控阵技术 3.1 相控阵的概念 3.1.1相控阵超声成像超声检测时，如需要对物体内某一区域进行成像，必须进行声束扫描。相控阵成像是通过控制阵列换能器中各个阵元激励（或接收）脉冲的时间延迟，改变由各阵元发射（或接收）声波到达（或来自）物体内某点时的相位关系，实现聚焦点和声束方位的变化，从而完成相控阵波束合成，形成成像扫描线的技术，如图3-1所示。图3-1 相控阵超声聚焦和偏转

3.2 相控阵工作原理相控阵超声成像系统中的数字控制技术主要是指波束的时空控制，采用先进的计算机技术，对发射/接收状态的相控波束进行精确的相位控制，以获得最佳的波束特性。这些关键数字技术有相控延时、动态聚焦、动态孔径、动态变迹、编码发射、声束形成等。 3.2.1相位延时相控阵超声成像系统使用阵列换能器，并通过调整各阵元发射/接收信号的相位延迟（phase delay），可以控制合成波阵面的曲率、指向、孔径等，达到波束聚焦、偏转、波束形成等多种相控效果，形成清晰的成像。可以说，相位延时（又称相控延时）是相控阵技术的核心，是多种相控效果的基础。相位延时的精度和分辨率对波束特性的影响很大。就波束的旁瓣声压而言，文献研究表明，延时量化误差产生离散的误差旁瓣，从而降低图像的动态范围。其均方根（RMS）延时量化误差与旁瓣幅值之比为（式3-1）式中，； N-----阵元数目； μ----中心频率所对应一个周期与最小量化延时之比。图3-2示出了延时量化误差引起的旁瓣随N、μ变化的关系曲线。早期的超声成像设备如医用B超中，由LC网络组成多抽头延迟线直接对模拟信号进行延迟，用电子开关来分段切换以获得不同的延迟量。这种延迟方式有两大缺点：①延迟量不能精细可调，只能实现分段聚焦，当聚焦点很多时需要庞大的LC网络和电子开关矩阵；②由于是模拟延迟方式，电气参数难以未定，延时量会发生温漂、时漂、波形容易被噪声干扰。

无损检测新技术-超声波相控阵检测技术简介

无损检测新技术-超声波相控阵检测技术简介夏纪真无损检测资讯网 https://www.360docs.net/doc/742275999.html, 广州市番禺区南村镇恒生花园14梯701 邮编：511442 摘要：本文简单介绍了超声波相控阵检测技术的基本原理、应用与局限性关键词：无损检测超声检测相控阵 1 超声波相控阵检测技术的基本原理超声波相控阵检测技术是一种新型的特殊超声波检测技术，类似相控阵雷达、声纳和其他波动物理学应用，依据惠更斯（Huyghens-Fresnel）原理：波动场的任何一个波阵面等同于一个次级波源；次级波场可以通过该波阵面上各点产生的球面子波叠加干涉计算得到。并显示保真的（或几何校正的）回波图像，所生成材料内部结构的图像类似于医用超声波图像。常规的超声波检测技术通常采用一个压电晶片来产生超声波，一个压电晶片只能产生一个固定的声束，其波束的传递是预先设计选定的，并且不能变更。超声波相控阵检测技术的关键是采用了全新的发生与接收超声波的方法，采用许多精密复杂的、极小尺寸的、相互独立的压电晶片阵列（例如36、64甚至多达128个晶片组装在一个探头壳体内）来产生和接收超声波束，通过功能强大的软件和电子方法控制压电晶片阵列各个激发高频脉冲的相位和时序，使其在被检测材料中产生相互干涉叠加产生可控制形状的超声场，从而得到预先希望的波阵面、波束入射角度和焦点位置。因此，超声波相控阵检测技术实质上是利用相位可控的换能器阵列来实现的。超声波相控阵激发的超声波进入材料后，仍然遵循超声波在材料中的传播规律。因此，对于常规超声波检测应用的频率、聚焦的焦点尺寸、聚焦长度、入射角、回波幅度与定位等等，超声波相控阵也是同样应用的。超声波相控阵探头的每个压电晶片都可以独立接受信号控制（脉冲和时间变化），通过软件控制，在不同的时间内相继激发阵列探头中的各个单元，由于激发顺序不同，各个晶片激发的波有先后，这些波的叠加形成新的波前，因此可以将超声波的波前聚焦并控制到一个特定的方向，可以以不同角度辐射超声波束，可以实现同一个探头在不同深度聚焦（电子动态聚焦）。此外，从电子技术上为阵列确定相位顺序和相继激发的速度可以使固定在一个位置上的探头发出的超声波束在被检工件中动态地“扫描”或“扫调”通过一个选定的波束角范围或者一个检测的区域，而不需要对探头进行人工操作。相控阵探头的关键特性包括：电子焦距长度调整、电子线性扫描和电子波束控制/偏角。图1示出了超声波相控阵换能器实现电子聚焦和波束偏转的原理示意图。图1超声波相控阵换能器实现电子聚焦和波束偏转的原理示意图超声波相控阵换能器的晶片不同组合构成不同的相控阵列，目前主要有三种阵列类型：线形阵列（晶片成间隔状直线形分布在探头中）、面形（二维矩阵）阵列和圆（环）形阵列，

超声相控阵检测教材-第三章-超声相控阵技术

第三章超声相控阵技术 3.1相控阵的概念 3.1.1相控阵超声成像超声检测时，如需要对物体内某一区域进行成像，必须进行声束扫描。相控阵成像是通过控制阵列换能器中各个阵元激励（或接收）脉冲的时间延迟，改变由各阵元发射（或接收）声波到达（或来自）物体内某点时的相位关系，实现聚焦点和声束方位的变化，从而完成相控阵波束合成，形成成像扫描线的技术，如图 3-1所示。图3-1 相控阵超声聚焦和偏转

3.2相控阵工作原理相控阵超声成像系统中的数字控制技术主要是指波束的时空控制，采用先进的计算机技术，对发射/接收状态的相控波束进行精确的相位控制，以获得最佳的波束特性。这些关键数字技术有相控延时、动态聚焦、动态孔径、动态变迹、编码发射、声束形成等。 3.2.1相位延时相控阵超声成像系统使用阵列换能器，并通过调整各阵元发射 /接收信号的相位延迟（phase delay ）,可以控制合成波阵面的曲率、指向、孔径等，达到波束聚焦、偏转、波束形成等多种相控效果，形成清晰的成像。可以说，相位延时（又称相控延时）是相控阵技术的核心，是多种相控效果的基础。相位延时的精度和分辨率对波束特性的影响很大。就波束的旁瓣声压而言，文献研究表明，延时量化误差产生离散的误差旁瓣，从而降低图像的动态范围。其均方根（ ,r . / \ 诙爲式中，一-—— N-----阵元数目；尸--中心频率所对应一个周期与最小量化延时之比。图3-2示出了延时量化误差引起的旁瓣随 N 、□变化的关系曲线。早期的超声成像设备如医用B 超中，由LC 网络组成多抽头延迟线直接对模拟信号进行延迟，用电子开关来分段切换以获得不同的延迟量。这种延迟方式有两大缺点：①延迟量不能精细可调，只能实现分段聚焦，当聚焦点很多时需要庞大的 LC 网络和电子开关矩阵；②由于是模拟延迟方式，电气参数难以未定，延时量会发生温漂、时漂、波形容易被噪声干扰。 RMS ）延（式 3-1）

小径管对接焊接接头的相控阵超声检测

小径管对接焊接接头的相控阵超声检测摘要：对小径管对接焊接接头中的裂缝、密集气孔、未焊透等缺陷进行相控阵超声波检测和射线检测，通过将两者的检测结果进行分析和比较，对两者的检测效果进行评价。本文主要是对相控阵超声波检测手段的优势和其在小管径检测中的应用进行了一定的分析，旨在推动相控阵超声波检测技术的广泛应用。关键词：小径管对接焊接；接头；相控阵超声检测引言相控阵超声检测可以获取实时的检测结果，能够对工件的缺陷进行多种方式的扫描，是一种可以记录的无损检测方式。相控阵超声检测的主要优势就是声束角度和聚焦深度精确可控，声束可达性强，检测精度高，缺陷显示直观，检测速度快，是具有较高可靠性的检测技术，在工业领域有着颇为广泛的应用。笔者对小径管对接焊接接头中的缺陷进行了相控阵超声波检测，并且与射线检测结果进行了一定的比较分析。一、相控阵超声检测技术（一）相控阵超声检测技术的原理相控阵超声检测方法主要是通过对换能器阵列中的单个阵元进行分别控制，以特定的时序法则进行激发和接收，进而实现声束在工件中的偏转和聚焦。采用自聚焦传感器能进一步增强聚焦能力和分辨力，有效的改善了小径管中波型畸变和杂波干扰的情况。（二）试样管的焊制小径管的试样管采用的是与广东省某电厂机组锅炉受热面管同规格同材质的管件，其中对接接头存在着一定的裂纹、未熔合、密集气孔有缺陷等问题，具体的示意图可以如下图1所示，焊接的方法主要是钨极氩弧焊。图1 焊接接头简图（三）相控阵检测系统 1、相控阵检测仪器本次研究主要采用的仪器是phascan 32/128相控阵检测仪，Cobra16阵元自聚焦传感器，一次性激发16阵元。 2、相控阵检测探头和楔块对于相控阵超声探头来说，它主要是阵列探头，在进行现场检测的时候要根据小径管的尺寸来对探头和楔块的型号和大小进行选择。一般来说，探头在进行使用的过程中，因为小径管的曲率过大，要将其和探头之间的耦合损失降低，就需要使用能够与小径管进行紧密切合的楔块，选择曲率相近的曲面。（四）声束覆盖范围设置在对小径管焊缝进行相控阵超声扇形扫查的时候，要对探头前沿到焊缝中心线的距离进行正确的选择，要保证在进行扇形扫查的时候大角度声束能够对焊缝的下面部分进行覆盖，小角度声束可以覆盖到焊缝的上面部分，进而达到对焊接接头的全面检测，避免出现遗漏。在对小径管对接接头进行检测的时候，还可以通过使用专业的软件来对声束覆盖范围进行模拟，然后对的不同角度的波束覆盖情况的进行模拟现实，通过这样的模拟结果可以找到适当的探头前沿距离和波束角度范围等等。（五）相控阵检测校准设置

相控阵超声新技术在电站设备无损检测中的实践思路探索(正式版)

文件编号：TP-AR-L2243 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. （示范文本）编订：_______________ 审核：_______________ 单位：_______________ 相控阵超声新技术在电站设备无损检测中的实践思路探索(正式版)

相控阵超声新技术在电站设备无损检测中的实践思路探索(正式版) 使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。超声相控阵检测技术20世纪60年代就已经出现，被应用于医疗领域。但是由于固体中波动传播复杂性、系统复杂性和成本费用高等因素存在，限制了超声相控阵检测技术在无损检测中的运用。而电子技术和计算机技术以及压电复合材料等高新技术被广泛综合应用，促进了超声相控阵技术发展，并且渐渐应用到工业无损检测中。现代技术飞速发展，带动了很多高新技术在超声相控阵技术中被综合应用，从而降低了相控阵系统复杂性与制作费用[1]

。而且相控阵技术具有比传统超声波检测更加明显的优势，使得超声相控阵检测技术被广泛应用于工业无损检测领域，并且日渐得到人们重视，迎来了很大的发展空间。超声相控阵检测技术超声相控阵检测技术建立在惠更斯原理上，其探头由许多个晶片组成。要应用时，则需要按照相关规则以及时序激活探头中一组或全部晶片，其中相控阵仪器的控制能力与检测需要决定着晶片激活数量。晶片被激活后，发出的超声波即为次波。每一个晶片的次波会彼此干涉，形成新波阵面并传播开来，从而形成超声波束检测工件。无损检测技术无损检测就是在不损坏被检测设备的基础上，根据物理特性将被检对象的内外部缺陷的位置、形状、

超声相控阵检测教材-填充焊缝操作说明

ISONIC相控阵设备操作指南填充焊缝检测软件功能 Israel（以色列）- Sonotron NDT 北京邹展麓城科技有限公司

一、进入检测界面 1、根据所使用的仪器进入相控阵检测模式，在相控阵界面下点击，见图1所示。图1 2、点击进入选项模式，见图2所示。图2 3、点击进入填充焊缝检测模式。见图3所示。图3

二、A超参数设置、DAC曲线制作、角度增益补偿曲线及耦合监控设置方法参见“焊缝高级检测”软件功能操作说明书进行设置。

三、焊缝几何形状设置 1、在扫查设置界面，点击几何尺寸设置栏的，进入焊缝几何参数设置界面。见图4所示。图4 2、进入到焊缝几何参数设置界面后，输入焊缝的几何参数。选择扫查面，输入角度、法兰厚度、梁腹厚度及焊接位置尺寸。见图5、图6所示。本次示例所检测的焊缝几何参数如图5、图6所示。图5 图6

四、扇形扫查范围及探头位置设置 1、点击焊缝几何形状设置界面的，返回至扫查设置界面，进行检测扇形扫查范围设置。 2、在扫查参数栏通过调节检测所需的最小角度、最大角度及角度步进。角度步进有0.2°、 0.5°、1°、2°和5°工五种选项。检测所需的最大最小角度的选择主要依据能否全部覆盖或者最大程度覆盖检测焊缝区域的宗旨来进行调节，在满足覆盖要求的前提下，一次波声束与二次波声束的重叠部分尽可能的少。角度步进越小声束覆盖焊缝区域越密集，但同时检测数据量越大，采集速度及保存速度越慢（建议在检测中选择0.5°的角度步进足以满足检测要求）。 3、在焊缝参数设置界面，通过调节。通过探头位置的调节，可以在示意图中看出已设定的扇形扫查范围是否满足声束覆盖要求，从而找到适合的探头位置。在探头位置满足声束覆盖范围时，探头位置越小越好，以减少声波的衰减。注：探头位置代表探头距焊缝根部的的距离。本次示例选择的扇形扫查范围为40°～76°，扫查步进为0.2°，选择在梁腹右侧检测，探头位置为0mm。见图5，图7所示。图7

超声相控阵相关知识

相控阵的概念起源于雷达天线电磁波技术，超声相控阵最早仅用于医疗领域。近年来，随着微电子、计算机等新技术的快速发展，超声相控阵逐渐被应用于工业无损检测领域。超声相控阵通过各阵元发出声束的有序叠加可以灵活地生成偏转及聚焦声束，不需更换探头即可完成对关心区域的高分辨率检测，且其特有的线性扫查、扇形扫查、动态聚焦等工作方式可在不移动或少移动探头的情况下对零件进行高效率检测。因此，较传统的单晶片超声检测，超声相控阵的声束更灵活、检测速度更快、分辨率更高、更适用于形状复杂的零部件检测。超声相控阵探头是将若干个独立的压电晶片按照一定的排列组合成一个阵列，通过控制压电晶片的激励顺序及延时，来实现声束的偏转以及聚焦。超声相控阵是基于Huygens-Fresnel原理，由各个阵元发出的超声波经过干涉形成预期的声束。以同一频率的脉冲激发各个阵元，并对各个阵元的激发时间施加一定的延迟，于是各阵元的发射声波产生了相位差，从而影响干涉结果，即可以形成偏转及聚焦声束。各阵元的激发延时一般被称为聚焦法则或延时法则。

&恤I hit IJI Itic fuiniiiiion of beam 聚焦点崖焦百虫形處示豈 (b*i l he torm&twri of tu^using buMi 图2超声相控阵偏转疑聚焦声束的形成与传统单晶片换能器的超声检测不同，超声相控阵不同的阵元组合与不同的聚焦法则相结合，形成了3种特有的工作方式，即线性扫查，扇形扫查和动态聚焦。线性扫查线性扫查，又称为电子扫查，具体步骤为: 1）假设相控阵阵元总数为N，令其中相邻的n（ 1v* N）个阵元为一组，对每一组阵元施加相同的聚焦法则 2）以设定的聚焦法则激发第一组阵元； 3）沿阵列长度方向向前移动一个步进值（一般为一个阵元晶片），以同样的聚焦法则激发第2组阵元。以此类推，直至最后一个阵元。一般将上述的一组阵元称为一个序列。这样扫查完成后会得到N-n+1个序列回波信号，在不移动探头的情况下就可以检测到较大区域。线性扫查的示意图如图3（ a）所示

全自动相控阵超声检测技术dzlt_4

全自动相控阵超声检测技术及在环焊缝检测中的应用江苏徐州东方工程检测公司曹健摘要：全自动相控阵超声检测系统是在断裂力学(ECA)的基础上，采用区域划分法,将焊缝分成垂直方向上的若干个区，再由电子系统控制相控阵探头对其进行分区扫查。检测结果以双门带状图的形式显示，在辅以TOFD(衍射时差法)和Ｂ扫描功能，对焊缝进行分析、判断。全自动相控阵超声仪在国外已被广泛应用于管道环焊缝的检测。主题词：全自动超声波区域划分法相控阵带状显示TOFD 全自动超声波在国外已被大量应用于长输管线的环焊缝检测,且越来越成为一种趋势。与传统手动超声检测和射线检测相比，其在检测速度、缺陷定量准确性、减少环境污染、降低作业强度等方面有着明显的优越。加拿大R/D Tech公司生产的Pipe WIZARD相控阵超声检测系统是专用于长输管线环焊缝的检测设备。该系统由数据采集单元、脉冲发生单元、电机驱动单元、相控阵探头、工业计算机、显示器等组成。系统在Windows NT界面下运行Pipe WIZARD操作软件，完成对焊缝的线性扫查、实时显示、结果评判。对其基本原理，笔者根据自己在实际工作中的体会和经验在此作一简单介绍。本文使用的焊缝参数如下。坡口形式CRC；壁厚Ｔ＝16.4mm；焊接方法：全自动焊接。一、基本原理 1．区域划分法采用全自动超声检测的关键是“区域划分法”。根据壁厚、坡口形式、填充次数将焊缝分成几个垂直的区。每个分区的高度一般为1－3mm，每个区都由一组独立的晶片进行扫查（这种分区的扫查被称为Ａ扫）。检测主声束的角度按照主要缺陷的方向来设定（在自动焊中主要是未熔合，即将波束尽量垂直于熔合线）。Ａ扫采用聚焦声束进行扫查，焦点尺寸一般为2mm或更小。它们可以有效的检测各自的区域，而且临近区域反射体上的重叠最小。每个分区以焊缝中心线为界，分为上游、下游两个通道，其检测结果在带状图上以相对应的通道显示出。图1.1为CRC坡口、壁厚为14.6mm焊缝的区域划分图。从根部依次为：根焊区、钝边区（LCP）、热焊1区、热焊2区、热焊3区、填充1区、填区2区、填充3区。

超声相控阵技术的发展及应用

超声相控阵技术的发展及应用钟志民,梅德松 (核工业无损检测中心,上海200233) 摘要:扼要介绍超声相控阵技术的发展历史、原理及特点。着重介绍其最新研究动态及其在核工业无损检测与评价中的典型应用。指出将相控阵技术同其它诸如纵波一发一收(TRL) 、声时衍射(TOFD) 技术、数字信号处理(DSP) 及成像等技术结合起来,将有助于充分发挥其特点,提高其检测能力,促进无损检测与评价的发展及应用。关键词: 超声检验; 相控阵技术; 换能器; 核电站中图分类号:TG115. 28 + 5 文献标识码:A 文章编号:100026656 (2002) 022******* DEVELOPMENT AND APPLICATION OF ULTRASONIC PHASED ARRAY TECHNIQUE ZHONG Zhimin , MEI Desong (Nuclear Non2Destructive Testing Center , Shanghai 200233 , China) Abstract : The development history , theory and characterization of ultrasonic phased array technique , especially the state2of2the2arts and applications of the technique in nuclear industry nondestructive testing and evaluation (NDT & E) are https://www.360docs.net/doc/742275999.html,bining phased array technique with TRL ( the transmitter2receiver technique for longitudinal waves) , TOFD ( time of flightdiffraction) , DSP(digital signal processing) and imaging technique will improve detectability and promote NDT&E developmentand application. Keywords :Ultrasonic testing ; Phased array technique ; Transducer ; Nuclear power station 超声相控阵技术已有近20 多年的发展历史。初期主要应用于医疗领域,医学超声成像中用相控阵换能器快速移动声束对被检器官成像[1 ];利用其可控聚焦特性局部升温热疗治癌,使目标组织升温并减少非目标组织的功率吸收[2 ]。最初,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。然而随着电子技术和计算机技术的快速发展,超声相控阵技术逐渐应用于工业无损检测,特别是在核工业及航空工业等领域。如核电站主泵隔热板的检测[3 ];核废料罐电子束环焊缝的全自动检测[4 ]及薄铝板摩擦焊焊缝热疲劳裂纹的检测[5 ]。近几年,超声相控阵技术发展尤为迅速,在第15 届世界无损检测会议中,关于超声相控阵技术的文献有17 篇之多。在相控阵系统设计、系统仿真、生产与测试和应用等方面已取得一系列进展,如采用新的复合材料压电换能器改善电声性能[6 ];奥氏体焊缝、混凝土和复合材料等的超声相控阵检测[7-9 ] ;R/ D TECH ,SIEMENS 及IMA2SONIC 等公司已生产超声相控阵检测系统及相控阵换能器。而动态聚焦相控阵系统[10 ] ,二维阵列、自适应聚焦相控阵系统[11 ] ,表面波及板波相控阵换能器[12 ]和基于相控阵的数字成像系统等的研制、开发、应用及完善已成为研究重点。其中,自适应聚焦相控阵技术尤为突出,它利用接收到的缺陷回波信息调整下一次激发规则,实现声束的优化控制,提高缺陷(如厚大钛锭中的小缺陷或埋藏较深的大缺陷)的检出率。目前,国内在超声相控阵技术上的研究应用尚处于起步阶段,主要集中于医疗领域。 1 原理及特点超声相控阵换能器的设计基于惠更斯原理。换能器由多个相互独立的压电晶片组成阵列,每个晶片称为一个单元,按一定的规则和时序用电子系统控制激发各个单元,使阵列中各单元发射的超声波叠加形成一个新的波阵面。同样,在反射波的接收过程中,按一定规则和时序控制接收单元的接收并进行信号合成,再将合成结果以适当形式显示[13 ]。由其原理可知,相控阵换能器最显著的特点是可以灵活、便捷而有效地控制声束形状和声压分布。其声束角度、焦柱位置、焦点尺寸及位置在一定范围内连续、动态可调;而且探头内可快速平移

TOFD与超声波相控阵检测技术特点比较

TOFD与超声波相控阵检测技术特点比较TOFD方法具有超声成像技术，它通过采用一发一收探头布置，然后要求相应的探头入射点间距离，在平板对接焊缝、环焊缝方面具有很大的优势，下面是小编搜集的一篇探究TOFD与超声波相控阵检测技术特点的论文范文，欢迎阅读查看。目前我国无损检领域应用最广泛的是TOFD技术，业界人士已经普遍认可了TOFD技术，这项技术在我国的工业领域已经有了数不胜数的成功案例。21世纪初，我国引入了Isonic系列便携式超声波成像检测系统(以色列的IsonotronNDT公司出品)，经由一系列的实际的对比以及验证加之不断改进和创新了的扫查器系统，TOFD技术被更多的应用到各工业现场检测中。TOFD方法具有超声成像技术，它通过采用一发一收探头布置，然后要求相应的探头入射点间距离，在平板对接焊缝、环焊缝及直径大于500mm的纵缝中厚板检测方面具有很大的优势，但是该技术也存在一些弊端，比如对于复杂几何形状的结构件、焊缝检测盲区等束手无策。到目前为止超声相控阵技术已经在我国发展了20年，在早期主要应用在医疗领域，利用该技术可以在实际的医学超声成像中对被检器官进行成像，有益于医学的不断发展和进步，但是由于很多客观因素的限制，比如系统的复杂性、固体中波动传播的复杂性及成本费用高等，使得该技术的应用面受限。在这种情况下，在超声相控阵成像领域应用压电复合材料、数据处理分析等高新技术是大势所趋，未来超声相控阵检测技术一定会得到更加广泛的应用。超声相控阵是采用多晶片控制声束聚焦技术，探头可以在同一位置实现很大声

束及角度范围内的电子扫查，适用于复杂几何形状结构件的检测。下面对TOFD和相控阵的检测技术做简要对比。 1、TOFD的技术特点 1.1 TOFD的优点 TOFD技术不仅具有很强的缺陷检出能力，还具有很高的缺陷定量精度，除此之外还具有很高的时效性和安全性，可永久保存其检测数据。 ①效率高：该技术只需要做线性扫查就可以对焊缝完成扫查，很大程度上扩大了单组探头检测对焊缝的覆盖范围大，远远超过了传统的检测方法。 ②灵敏度高：由于该技术的衍射波信号具有很高的灵敏度，很大程度上保证了检出率。 ③精度高：利用衍射时差计算方法，缺陷的高度可以得到精确的计算。 ④影响小：该技术不会因焊缝结构或缺陷的方向性就左右最后的检测结果，其检测结果具有很高的稳定性，几乎不受其他因素的影响。 ⑤漏检少：衍射波具有高灵敏度，通过图像记录完整检测数据，重复性好。 ⑥数据全：检测结果的时效性很强，并且相关数据和资料会以存盘、打印出来等形式永久的保留下来，以便随时进行分析处理。 ⑦更安全：采用该技术不会对相关人员造成人身伤害。

基于超声波相控阵无损检测技术在小口径无缝钢管上的应用研究

基于超声波相控阵无损检测技术在小口径无缝钢管上的应用研究摘要：本文介绍了超声波相控阵技术原理，分析该技术的独特优势对小口径无缝钢管的检测更具针对性，可以明显提高缺陷检出率与检测速度。重点研究 89 机组在线 2# 线美国GE 公司生产的ROWA240-6WT PAT 型相控阵超声波钢管自动分层测厚系统在小口径无缝钢管检测上的应用。关键词：超声波相控阵；分层；测厚；小口径无缝钢管；探伤 0. 概述超声波相控阵检测技术的应用始于 20 世纪 60 年代，目前已广泛应用于医学超声成像领域。由于该系统复杂且制作成本高，因而在工业无损检测方面的应用受到限制。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、软件技术及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，使得超声波相控阵技术得到快速发展，逐渐应用于工业无损检测。 1. ROWA240-6WT PAT 型GE 相控阵超声波钢管自动分层中图分类口号： TB559 文献标识码： A

测厚设备简介 89机组在线2#线管体超声分层测厚设备是美国 GE 公司生产的ROWA240-6WT PAT 型相控阵超声波钢管自动分层测厚系统。本套设备包含测厚分层检测主机、主机进 /出平台、中心线导向装置、 6 组相控阵探头、前端电子、后端电子、供水系统、导套及橡胶密封、控制系统等。 1.1 探头布置及主要参数 1.1.1 探头布置该系统共有 6 个相控阵探头阵列，成环状布置，分为 2 列， 2 列的探头交错布置。探头阵列其布置如图 1 所示。 1.1.2 探头阵列主要参数晶片组成，每个晶片尺寸为1.15 X 12.5mm 。每个虚拟探头最多由 16个晶片组成，每个虚拟探头的最大重复频率为 1.2 检测能力检测外径： 32mm ?115mm 壁厚范围： 3mm ?16mm 壁厚静态测量精度：± 0.03mm 壁厚动态测量精度：± 0.05mm 壁厚减薄： 25mm （L ）X 25mm （W ）X 12.5%WT （D ）夹层缺陷：①6.3mm 平底孔，当壁厚大于等于 6mm 时，夹层缺陷深度介于1/4?1/2壁厚深度，夹层最小深度为2mm 。探头阵列含 6 组相控阵探头，每个相控阵探头由 126 个 20kHz 。

超声波相控阵技术在无损检测中的应用

超声波相控阵技术在无损检测中的应用早在1959 年，Tom Brown和Hughes在Kelvin注册了一项超声波环形动态聚焦探头的专利技术，后来这项技术称为相控阵。在上世纪60年代，关于超声波相控阵的研究主要局限于实验室；60年代末70年代初期，医学研究者已将相控阵技术成功运用到人体超声成像方面。然而超声相控阵技术在工业方面的应用发展缓慢，主要是因为相控阵系统复杂而当时的计算机能力弱，缺乏对多晶片探头进行快速激发以及无法对扫查产生的大量数据文件进行处理的能力；另一个原因就是仪器费用高昂，很少有公司愿意在这方面花费巨额费用。随着计算机技术的快速发展，相控阵系统的复杂性和费用都大为降低。且相控阵技术相对于普通超声波检测有着明显的优势，令相控阵超声检测技术在工业领域逐渐兴起。已在多种材料的检测上进行了应用并取得了较满意的检测结果。 1 原理简介相控阵超声波检测技术基于惠更斯原理，所用探头由多个晶片组成，应用时按照一定的规则和时序对探头中的一组或者全部晶片进行激活（晶片的激活数量取决于相控阵仪器控制能力和检测需要）,每个激活晶片发出的超声波为次波，次波相互干涉，形成所需的新的波阵面传播开去成为超声波束对工件进行检测。对于相控阵检测仪器而言，基本上由两部分组成，一部分是普通的超声波检测部分，一部分是相控阵部分，其中普通的超声部分负

责发出压电脉冲信号，并对相控阵返回的信号进行显示处理；相控阵部分将压电脉冲信号根据预置规则进行不同的延时施加到要被激活的晶片上，从而产生出不同的波束，见图1。对晶片进行激活时所遵循的规则（即进行何种方式的延时的触发）称之为聚焦法则（focal law），不同的延时能发射出不同的超声波束，使超声波束具有相应的波形。并且聚焦在不同的深度（根据干涉原理仅能在近场区范围内聚焦），线性扫查无需聚焦。在一次扫查过程中，可以设置多组聚焦法则，也就是说可以设置多组波束进行扫查，提高扫查效率和保证扫查部位。这也是相控阵的一个显著优点。比较明显的优势是检测数据完整，可通过对原生数据进行成像来分析工件内部缺陷，定位定量准确，定性方面降低了对人员经验的依赖性，降低了人为因素的误差。另一方面相控阵利用时分复用技术

超声相控阵检测教材-缺陷尖端分析软件操作

宸I KU 缺陷尖端分析功能软件技术三角技术是探头发出横波，同时分析接收到的横波以及衍射后波形转换生成的纵波，三角技术主要应用于评估缺陷的种类，例如面积性缺陷（裂纹）或体积性缺陷（气孔，夹渣等等）.在ISONIC 2009 UPA Scope 仪器中，三角技术是通过使用斜楔块线阵探头，通过缺陷尖端分析功能软件对回波进行观测及评估。 #参数或模式设置 1激发模式单晶 2激发晶片数4兰激发晶片数＜N/2，N代表线阵探头内的总晶片数 3入射角度视工艺规程设定 4声速工件的实际横波声速 5 脉冲宽度，激发等级脉冲宽度与激发等级设置，优化信噪比脉冲宽度一般为1/F，F为相控阵探头的频率 6滤波，低频和高频滤波，低频和高频与相控阵探头的频率相匹配，优化信噪比 7显示显示设置-参照工艺规程要求，可设置成为全波，射频，正半波或负半波 8 表面校准开启 9门A开关激活 10门B开关关闭、找到工件中反射体的最高回波，同时调节增益至超屏幕高度，调节声程至80% A超屏幕宽度，用闸门A套住回波信号。点击Sne 或按F11键，然后点击保存当前设置。见图1所示。

图1 2、探头保持在最高横波回波的位置不动, 评估。点击Shift + En ter 组合键，进行下一步3、此时ISONIC脉冲信号调节界面，显示出工件中反射体的纵波回波信号，探头位置应保持不变。点击區］或按\F12］键，然后点击□mu-art PulHBr H BCHMIT .调取刚刚保存的当前设置文件。开启B闸门，关闭A闸门。激发模式设置为双晶，进入接收参数子菜单。见图2、图3所示。 ■3QIMIC刃咋FA WS 2脏小呼创电汩剑钾列割 4iAlF GAIt B MEA5URE I 1 G M* R MIQC 胭rnmi |5* lt.1 Dt励 14.1 |j?* |i Rwfnl- )0%5 lit + +* * r 11J艸A 沁Z皿謊息1I Flip 处H h 图2