相控阵技术介绍 ppt课件
合集下载
超声相控阵检测技术ppt课件
可编辑课件PPT
2
相控阵国外研究进展
目前，在国外，以相控阵超声检测技术为代表的新型 管道全自动超声检测仪已经进入实用阶段，代表了管 道焊缝检测技术的发展方向。90年代末，加拿大R/D TECH公司首先将相控阵检测技术应用于管道探伤领 域，开发了相控阵全自动超声检测系统。
相控阵超声检测系统是通过电子技术来实现声束的扫 查方向和聚焦深度的控制，可以以同一个探头来实现 不同壁厚、不同材质管道焊缝的检测任务，克服了常 规多探头自动超声检测系统调整难度大和探头适应范 围窄以及设备沉重的缺点。
相控发射数字高精度延时模块的设计分为 两部分，一部分是基于复杂可编程逻辑器 件(CPLD)的粗延时，粗延时一般基于晶振 时钟计数，延时值为时钟周期的整数倍， 通常为 10ns以上。
另一部分是在粗延时的基 础上基于可编程
数字延迟线的细延时，细延时量为采样周
期的小数 倍，一般能达到10ns以内的延时
超声相控阵检测技术
可编辑课件PPT
1
超声相控阵综述
超声相控阵技术已有近2O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。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、软件技术和 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。使得超声相控阵检测技术得以快速 发展，逐渐应用于工业无损检测。
相控阵培训教材(第四版)-2024鲜版
2024/3/28
19
05
相控阵在雷达领域应用实 践
2024/3/28
20
雷达基本原理简介
01
02
03
雷达工作原理
利用电磁波反射原理，通 过发射电磁波并接收其反 射信号来探测目标。
2024/3/28
雷达系统组成
包括发射机、天线、接收 机、信号处理等部分。
雷达信号特性
包括频率、波长、幅度、 相位等参数，以及脉冲信 号和连续波信号等不同类 型。
理能力和作战效能。
15
04
相控阵系统组成与性能指 标评价
2024/3/28
16
系统组成及各部分功能描述
阵列天线
由多个辐射单元组成，实现波束指 向和波束形状的控制。
移相器
改变信号相位，实现波束扫描和波 束赋形。
2024/3/28
功率分配/合成网络
将信号分配到各个辐射单元或从各 个辐射单元合成信号。
优于国内产品。 • 应用领域：国内外相控阵系统应用领域也有所不同，国外产品广泛应用于雷达、通信、电子战等领域，而国内
产品则主要应用于雷达和通信领域。 • 发展趋势：随着技术的不断进步和应用需求的不断提高，相控阵系统正朝着更高性能、更高集成度、更低成本
的方向发展。同时，智能化、自适应化等新技术也将被引入到相控阵系统中，进一步提高系统的性能和适应性。
相控阵技术的基础原理ppt课件
可编辑课件PPT
15
常规超声波束形成
Received signal Crystal
A
B
Wedge
C
Mater百度文库al
Delay
A
B
C Location
S
常规超声探头波束角度偏转 (接收)
– 根据惠更斯原理在楔块中产生超声波束
– 在超声波接收过程中带角度楔块提供延时使同相位信 号在压电晶片上产生结构干涉。
2...... 1
可编辑课件PPT
N
24
扇形扫查图例
可编辑课件PPT
25
扇形扫查动画
扇形扫查对 “难以接近” 的复杂型面十 分适合如，涡 轮叶的根部检 测
可编辑课件PPT
26
涡轮焊接转子检测
相控阵检测:
•30-60度的横波做扇形扫查 •步进为1度 •沿圆周轴向做机械扫查
相控阵探头:
5 MHz, 16晶片, 16 mm x 16 mm 固定在楔块上
Y = 1 .9
4
8
12
16
20
24
28
32
3
7
11
15
19
23
27
31
2
6
10
14
18
22
26
30
1
5
2024年度-pa相控阵检测培训课件
01
02
03
飞机结构检测
利用相控阵技术对飞机机 身、机翼等关键部位进行 无损检测，确保飞行安全 。
发动机部件检测
对航空发动机涡轮叶片、 轴承等关键部件进行高精 度检测，提高发动机性能 。
航空材料研究
通过相控阵技术对航空材 料进行无损评估，研究材 料的力学性能和耐久性。
12
石油化工领域应用
管道检测
对石油、天然气输送管道 进行定期检测，及时发现 并修复潜在的安全隐患。
根据检测需求，控制相控阵天线中每个单元的幅度 和相位，实现波束指向和形状的改变。
信号处理器
对接收到的回波信号进行进一步处理，提取目标 信息并进行成像显示。
控制系统
对整个相控阵系统进行控制和管理，包括系统初始化、 参数设置、状态监测等功能。
6
02
相控阵检测技术特点
7
高分辨率能力
高空间分辨率
相控阵技术通过控制阵列中每个 阵元的相位和幅度，可以实现波 束的精确指向和聚焦，从而获得
便携化与模块化
相控阵检测设备将越来越便携，同时模块化设计将使得设备更加灵活 ，方便现场快速搭建和调试。
29
当前面临的主要挑战
技术成熟度
尽管相控阵检测技术已经取得显著进展，但在某些特定应 用领域，如高温、高压等极端环境下的检测，技术成熟度 仍有待提高。
超声相控阵技术简介课件
超声相控阵技术简介课件
汇报人： 日期:
目录
• 超声相控阵技术概述 • 超声相控阵技术基础知识 • 超声相控阵技术设备与系统 • 超声相控阵技术实践应用 • 超声相控阵技术发展趋势与挑
战 • 案例分析
01
超声相控阵技术概述
定义及工作原理
定义
超声相控阵技术是一种通过控制 超声波束的聚焦和扫描，实现超 声检测、成像和处理的先进技术 。
其他应用案例详解
超声相控阵技术在其他领 域的应用
除了医疗和无损检测领域，超声相控阵技术 还可以应用于其他领域，如军事、环保等。 例如，在军事领域，超声相控阵技术可以用 于探测潜艇、水雷等目标；在环保领域，可 以用于水质监测、土壤污染调查等。
案例介绍
以水质监测为例，超声相控阵技术可以对水 体中的悬浮物、有机物等进行快速、准确的
相控阵技术基础知识
相控阵技术的定义
相控阵技术是一种利用相位差控制波束指向的技术，通过控制阵列中各个天线元 素的相位差，可以实现波束的动态扫描。
相控阵技术的应用
相控阵技术被广泛应用于雷达、声纳、无线通信等领域，可以实现高性能的定向 传输和信号处理。
03
超声相控阵技术设备与系统
超声相控阵探头及扫描系统
医学影像技术
超声相控阵技术作为医学影像技术的一种，正朝着高分辨率、高 灵敏度的方向发展，为医学诊断提供更准确的信息。
汇报人： 日期:
目录
• 超声相控阵技术概述 • 超声相控阵技术基础知识 • 超声相控阵技术设备与系统 • 超声相控阵技术实践应用 • 超声相控阵技术发展趋势与挑
战 • 案例分析
01
超声相控阵技术概述
定义及工作原理
定义
超声相控阵技术是一种通过控制 超声波束的聚焦和扫描，实现超 声检测、成像和处理的先进技术 。
其他应用案例详解
超声相控阵技术在其他领 域的应用
除了医疗和无损检测领域，超声相控阵技术 还可以应用于其他领域，如军事、环保等。 例如，在军事领域，超声相控阵技术可以用 于探测潜艇、水雷等目标；在环保领域，可 以用于水质监测、土壤污染调查等。
案例介绍
以水质监测为例，超声相控阵技术可以对水 体中的悬浮物、有机物等进行快速、准确的
相控阵技术基础知识
相控阵技术的定义
相控阵技术是一种利用相位差控制波束指向的技术，通过控制阵列中各个天线元 素的相位差，可以实现波束的动态扫描。
相控阵技术的应用
相控阵技术被广泛应用于雷达、声纳、无线通信等领域，可以实现高性能的定向 传输和信号处理。
03
超声相控阵技术设备与系统
超声相控阵探头及扫描系统
医学影像技术
超声相控阵技术作为医学影像技术的一种，正朝着高分辨率、高 灵敏度的方向发展，为医学诊断提供更准确的信息。
超声波相控阵检测技术及其使用ppt课件
真实几何结构描绘
6
常 见 心 律 失 常心电 图诊断 的误区 诺如病 毒感染 的防控 知识介 绍责任 那些事 浅谈用 人单位 承担的 社会保 险法律 责任和 案例分 析现代 农业示 范工程 设施红 地球葡 萄栽培 培训材 料
实时3D成像
7
常 见 心 律 失 常心电 图诊断 的误区 诺如病 毒感染 的防控 知识介 绍责任 那些事 浅谈用 人单位 承担的 社会保 险法律 责任和 案例分 析现代 农业示 范工程 设施红 地球葡 萄栽培 培训材 料
常 见 心 律 失 常心电 图诊断 的误区 诺如病 毒感染 的防控 知识介 绍责任 那些事 浅谈用 人单位 承担的 社会保 险法律 责任和 案例分 析现代 农业示 范工程 设施红 地球葡 萄栽培 培训材 料
超声波相控阵检测技术及其 应用
1
常 见 心 律 失 常心电 图诊断 的误区 诺如病 毒感染 的防控 知识介 绍责任 那些事 浅谈用 人单位 承担的 社会保 险法律 责任和 案例分 析现代 农业示 范工程 设施红 地球葡 萄栽培 培训材 料
4
常 见 心 律 失 常心电 图诊断 的误区 诺如病 毒感染 的防控 知识介 绍责任 那些事 浅谈用 人单位 承担的 社会保 险法律 责任和 案例分 析现代 农业示 范工程 设施红 地球葡 萄栽培 培训材 料
新一代相控阵技术
经过角度增益 补偿后的成像 显示
6
常 见 心 律 失 常心电 图诊断 的误区 诺如病 毒感染 的防控 知识介 绍责任 那些事 浅谈用 人单位 承担的 社会保 险法律 责任和 案例分 析现代 农业示 范工程 设施红 地球葡 萄栽培 培训材 料
实时3D成像
7
常 见 心 律 失 常心电 图诊断 的误区 诺如病 毒感染 的防控 知识介 绍责任 那些事 浅谈用 人单位 承担的 社会保 险法律 责任和 案例分 析现代 农业示 范工程 设施红 地球葡 萄栽培 培训材 料
常 见 心 律 失 常心电 图诊断 的误区 诺如病 毒感染 的防控 知识介 绍责任 那些事 浅谈用 人单位 承担的 社会保 险法律 责任和 案例分 析现代 农业示 范工程 设施红 地球葡 萄栽培 培训材 料
超声波相控阵检测技术及其 应用
1
常 见 心 律 失 常心电 图诊断 的误区 诺如病 毒感染 的防控 知识介 绍责任 那些事 浅谈用 人单位 承担的 社会保 险法律 责任和 案例分 析现代 农业示 范工程 设施红 地球葡 萄栽培 培训材 料
4
常 见 心 律 失 常心电 图诊断 的误区 诺如病 毒感染 的防控 知识介 绍责任 那些事 浅谈用 人单位 承担的 社会保 险法律 责任和 案例分 析现代 农业示 范工程 设施红 地球葡 萄栽培 培训材 料
新一代相控阵技术
经过角度增益 补偿后的成像 显示
2024年超声相控阵检测技术培训课件
信噪比。
噪声抑制
02
通过硬件和软件手段，降低系统噪声和外部干扰，提高检测可
靠性。
信号平均处理
03
对多次采集的信号进行平均处理，以减小随机误差和噪声影响
。
04
实际操作流程与注意事项
设备启动与参数设置
设备启动步骤
打开电源，启动超声相控阵检测设备，进行系统 自检。
参数设置要点
根据被检测对象的材料和厚度，设置合适的超声 频率、声束角度、聚焦深度等参数。
数据采集与传输
将处理后的超声信号转换 为数字信号，并进行高速 采集和传输，以供后续成 像和分析使用。
成像显示及结果分析
成像算法
采用合适的成像算法对采集到的超声 信号进行处理，生成检测对象的超声 图像。
结果分析与评估
根据超声图像对检测对象进行缺陷识 别、尺寸测量等分析评估工作，并输 出相应的检测报告。
增强了团队协作意识
培训过程中，学员们分组进行实践操作和项目研讨，相互协作、互相支持，增强了团队协 作意识和能力。
学员心得体会交流
深刻认识到超声相控阵检测技术的重要性
通过培训，学员们深刻认识到超声相控阵检测技术在工业检测领域的重要性和广泛应用 前景。
提高了自身专业素养和技能水平
学员们表示，通过本次培训，自身的专业素养和技能水平得到了很大提升，为今后更好 地从事相关工作打下了坚实基础。
2024版相控阵技术的基础原理PPT幻灯片共3文档
信号处理与接收原理
信号接收与处理流程
包括信号接收、下变频、模数转换（ADC）、数字信号处理（DSP）等步骤，实现对 回波信号的提取、分析和目标检测。
多普勒效应与动目标检测
利用多普勒效应对运动目标进行检测和测速，通过分析回波信号的多普勒频率实现目标 运动参数的提取。
杂波抑制与干扰对抗
采用空域滤波、时域滤波等技术抑制杂波干扰，提高雷达系统的抗干扰能力和目标检测 性能。
03
相控阵系统组成及功能
发射子系统组成及功能
1 2
发射机 产生高频信号，并通过功率放大器放大信号。
移相器
调整信号的相位，实现波束指向的控制。
3wk.baidu.com
发射天线 将经过移相的信号辐射出去，形成发射波束。
接收子系统组成及功能
接收机
接收来自目标的反射信号，并进行放大和滤 波处理。
移相器
调整接收信号的相位，与发射信号保持一致。
信号分离与提取
利用阵列天线的空间分辨能力，实现多信号的分离与提取。
信号调制与解调
对发射信号进行调制，对接收信号进行解调，以实现信息的有效传输。
信号处理算法实现
包括时域、频域、空域等多种信号处理算法的实现，以应对不同应用场景的需求。
05
相控阵性能指标评价方法
方向图性能评价方法
波束指向精度
衡量相控阵波束指向目标的能力， 通过计算实际波束指向与理论波 束指向的偏差来评估。
相控阵教程第二讲
Chapter
辐射性能参数测试方法
辐射方向图测试
通过测量相控阵天线在不同角度下的辐射功率或场强，绘制出辐 射方向图，以评估天线的指向性、波束宽度等性能。
增益测试
通过比较相控阵天线与标准天线的辐射功率，测量相控阵天线的增 益，以评估其放大信号的能力。
副瓣电平测试
测量相控阵天线副瓣的最大电平，以评估其对干扰信号的抑制能力 。
相控阵优势与局限性
• 多波束形成：相控阵可以同时形成多个独立可控的波束，实现空分多址通信和多目标跟踪等复杂功能。
相控阵优势与局限性
01
02
03
成本高
相控阵需要使用大量的辐 射单元和复杂的控制系统 ，导致制造成本较高。
功耗大
相控阵需要为每个辐射单 元提供独立的控制信号和 电源，导致系统功耗较大 。
应用领域及发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，相控 阵将实现更加智能化的波束控制 和优化算法，提高系统性能。
集成化
通过采用先进的微纳加工技术和 集成电路设计技术，实现相控阵 的微型化和集成化，降低成本和 功耗。
多功能化
相控阵将实现更多功能集成，如 通信、雷达、电子战等多功能一 体化设计，满足复杂应用场景需 求。
技术难度大
相控阵设计涉及复杂的电 磁场理论和优化算法，技 术实现难度较大。
应用领域及发展趋势
辐射性能参数测试方法
辐射方向图测试
通过测量相控阵天线在不同角度下的辐射功率或场强，绘制出辐 射方向图，以评估天线的指向性、波束宽度等性能。
增益测试
通过比较相控阵天线与标准天线的辐射功率，测量相控阵天线的增 益，以评估其放大信号的能力。
副瓣电平测试
测量相控阵天线副瓣的最大电平，以评估其对干扰信号的抑制能力 。
相控阵优势与局限性
• 多波束形成：相控阵可以同时形成多个独立可控的波束，实现空分多址通信和多目标跟踪等复杂功能。
相控阵优势与局限性
01
02
03
成本高
相控阵需要使用大量的辐 射单元和复杂的控制系统 ，导致制造成本较高。
功耗大
相控阵需要为每个辐射单 元提供独立的控制信号和 电源，导致系统功耗较大 。
应用领域及发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，相控 阵将实现更加智能化的波束控制 和优化算法，提高系统性能。
集成化
通过采用先进的微纳加工技术和 集成电路设计技术，实现相控阵 的微型化和集成化，降低成本和 功耗。
多功能化
相控阵将实现更多功能集成，如 通信、雷达、电子战等多功能一 体化设计，满足复杂应用场景需 求。
技术难度大
相控阵设计涉及复杂的电 磁场理论和优化算法，技 术实现难度较大。
应用领域及发展趋势
超声相控阵检测技术 26页PPT文档
3.2 阵列探头的种类
3.2.3 按使用方法和目的 分为线阵列探 头、相控阵探 头和凸形阵列 探头三种。
3.2.3.1 线阵列探头
11
第三章 超声相控阵系统的硬件组成
3.2.3.2相控阵探头
12
第三章 超声相控阵系统的硬件组成
3.2.3.3凸形阵列探头
13
超声相控阵系统工作原理
Example of focused linear scan beam
all three holes from a single transducer position.
16
第三章 超声相控阵系统的硬件组成
3.3 阵列探头的结构和特性 3.3.1 基本结构
17
Conventional C-scan image showing hole position
18
第四章 超声相控阵的应用
5
第二章 超声相控阵技术的基本原理
2.3 超声相控阵检测技术的特点
（1）生成可控的声束角度和聚焦深度 （2）可对试件进行高速、全方位和多角度检测 （3）不移动探头或尽量少移动探头 （4）通常不需要复杂的扫查装置，不需更换探头 （5）优化控制焦柱长度、焦点尺寸和声束方向，
在分辨力、信噪比、缺陷检出率等方面具有一定的 优越性。
用(2)
采用充水耦合的焊缝相控阵斜探法；声束扫查方式 有两种：一种是扇形扫查，用于检测焊缝；另一种 是垂直扫查，用于监视探头表面耦合状态
3.2.3 按使用方法和目的 分为线阵列探 头、相控阵探 头和凸形阵列 探头三种。
3.2.3.1 线阵列探头
11
第三章 超声相控阵系统的硬件组成
3.2.3.2相控阵探头
12
第三章 超声相控阵系统的硬件组成
3.2.3.3凸形阵列探头
13
超声相控阵系统工作原理
Example of focused linear scan beam
all three holes from a single transducer position.
16
第三章 超声相控阵系统的硬件组成
3.3 阵列探头的结构和特性 3.3.1 基本结构
17
Conventional C-scan image showing hole position
18
第四章 超声相控阵的应用
5
第二章 超声相控阵技术的基本原理
2.3 超声相控阵检测技术的特点
（1）生成可控的声束角度和聚焦深度 （2）可对试件进行高速、全方位和多角度检测 （3）不移动探头或尽量少移动探头 （4）通常不需要复杂的扫查装置，不需更换探头 （5）优化控制焦柱长度、焦点尺寸和声束方向，
在分辨力、信噪比、缺陷检出率等方面具有一定的 优越性。
用(2)
采用充水耦合的焊缝相控阵斜探法；声束扫查方式 有两种：一种是扇形扫查，用于检测焊缝；另一种 是垂直扫查，用于监视探头表面耦合状态
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
不能增加灵敏度，只是增加视觉上的分辨率 在采集数据时使用，不能做为后处理功能
动态深度聚焦
波束偏转
能够修改阵列探头产生波束的折射角的能 力。
单个探头可以进行多角度检测。 使用不对称的（比如线性）聚焦法则。
扇形扫查图解
扇形扫查
扇形扫查有能力扫查整个工件截面，而无须移动 探头。
用于检测复杂的或检测空间受限的几何工件。 把宽波束和/或多焦点探头的优势集中在一个相控
缺点
探头制造复杂，国内目前不能制作 探头一般尺寸较大，受现场条件限制 对检测人员要求高 并不能解决所有问题，也不是进行一次扫
查就能发现所有缺陷
相控阵探头Βιβλιοθήκη Baidu
相控阵探头是一种晶片的激发时间可以单 独调节，以控制声束轴线和焦点等参数的 晶片阵列。根据晶片阵列型式不同，主要 有1维线性阵列，2维线性阵列， 1维环形 阵列，2维环形阵列四种形式。
波束形成
聚焦波束－接收侧
聚焦法则产生
聚焦法则计算器
本机工具 －TomoView －Omniscan “编程探头”
EPRI 工作手册 PASS,CIVA, 等.
相控阵波束的特点
波束聚焦
把超声能量聚集到一个焦点的能力 使用一个探头可以把波束聚焦在不同深度 对称（比如抛物线）聚焦法则（时间延迟
相控阵优缺点
为什么使用相控阵？
不需要移动工件，实现高速电子扫查
通过软件控制波束特征提高检测性能 单个电子控制的相控阵探头实现多角度检
测 多种配置：P/E, T/R, TOFD, 串列扫查 对于复杂几何体的检测更具灵活性 －最佳的聚焦 －最佳的波束角度
相控阵技术能够电子修改超声探头的特征。 探头修改是通过在阵列探头中单个晶片的
合成探头技术
PA探头基于合成技术， 从合成探头获得的信噪比 比压电陶瓷材料高10-30dB。
压电合成探头使用薄陶瓷棒放在聚合体内而制成。
合成探头技术
一个薄金属层放在压电合成体上。在这个 金属层内设计的晶片确保压电材料统一激 发。
探头制造：外壳
探头的结构与常规探 头相似
声匹配 压电合成体 填充材料 多达128个共轴电线
波前同时撞击到压电晶片。
斜波束－接收一侧
相控阵波束形成
相控阵探头波束偏转（接收）： －在接收过程中施加合适的电子延迟。 －只有信号“满足”延迟法则达到同相位，合并后
才会产生有效信号。
相控阵波形成
相控阵信号处理总图 出于经济考虑，脉冲发生器通常采用多路输出。
Omniscan 16/128是指仪器具有16个脉冲发生 器，通过多路输出得到128个超声通道。
基本阵列设计
线性阵列（1D）基 本上是一个长的常 规探头。
切割成许多可以单 独激发的小晶片。
阵列探头的设计参数
探头参数： 频率（f） 阵列中晶片的数量（n） 控制或激活方向上总的孔径（A） 高度，在机械轴或次轴方向上的孔径（H） 间距，两个相邻晶片的中心间距（p） 单个晶片的宽度（e）
阵探头中。
波束偏转
偏转能力与阵列中单个晶片的宽度有 关
通过公式计算出最大偏转角（－6dB） 斜楔块可以改变角度偏转范围
波束偏转能力取决于相邻进片产生波 束后的相互干涉。
探头电子控制
电子脉冲延迟（图有错）
斜波束
聚焦波束
线阵探头－线性扫查
线性探头－扇形扫查
连续或环形扫查
波束的形成原理
常规波束形成
常规UT探头角度偏转（发射）： －根据惠更斯原理产生超声波束 －在发射过程中斜楔块引入适当的延迟，产生一
个带角度波束。
斜波束
常规波束形成
常规UT探头控制波束（接收） －根据惠更斯原理楔块内产生波束 －在接收过程中斜楔块引入延迟，使“同相位”的
相控阵探头设计参数
超声相控阵探头由一系列独立的晶片构成， 每个晶片都有各自的接头，延时电路和A/D 转换器
晶片之间彼此声绝缘 根据预先计算好的时间延迟触发晶片组中
的每一个晶片，比如“相位”
1D线性阵列
许多线性探头设计 探头可以在次轴上形成聚焦 PA和探头技术允许探头加工成各种形状，平的，
曲线的，圆锥形的，椭圆形的….
普通的探头几何形状
1D线性阵列
2D线性阵列
常用的探头几何形状
1D环形阵列
2D环形阵列
常用的探头几何形状
菊花探头数据
楔块参数
楔块参数 楔块声速（vw） 楔块角度（ω） 第一个晶片高度（h1） 第一个晶片的偏移
（x1） 楔块常用的材料是一
种专利材料Rexolite
信号发射（触发）和接收（回波）注入时 间延时来实现的。 任何用于缺陷检测和测量的UT技术都可用 相控阵探头完成
。
优点
相控阵最显著的特点是 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 平移声束。因此 ,与传统超声检测技术相比 ,相控阵技术 的 ,优势是 ①用单轴扇形扫查替代栅格形扫查可提高检测 速度。②不移动探头或尽量少移动探头可扫 100 % 扫查 厚大工件和形状复杂工件的各个区域 ,是解决可达性差和 空间限制问题的有效手段。③通常不需要复杂的扫查装 置 ,不需更换探头就可实现整个体积或所关心区域的多角 度多方向扫查 ,因此在核工业设备检测中可减少受辐照时 间。④优化控制焦柱长度、焦点尺寸和声束方向 ,在分辨 力、信噪比、缺陷检出率等方面具有一定的优越性。
晶片数量
10
孔径（mm）
10
N 菲涅耳距离 84 （mm）
聚焦深度（mm） 84
K
0.99
D(聚焦深度mm) 2.49
16 16 216
84 0.39 1.55
32 32 865
84 0.10 0.78
以上结果基于水尽方法。
波束剖面
动态深度聚焦
DDF是以单脉冲检测深工件的理想方式。光速在 返回时重新电子聚焦。
对晶片位置）
波束聚焦
非聚焦波束 波束近场区和自然扩散角取决于孔径A和波长λ。 近场区 扩散角（半扩散角θ，在-6dB） 波束尺寸（在深度Z）
波束聚焦
聚焦的波束： 聚焦系数（K）定义为: 此处F=聚焦距离
N＝近场区
指定焦距的波束偏转平面上的波束尺寸 （dst）为：
波束聚焦理论
线性探头晶片间隙1mm，频率5MHz, 声速1480m/s
动态深度聚焦
波束偏转
能够修改阵列探头产生波束的折射角的能 力。
单个探头可以进行多角度检测。 使用不对称的（比如线性）聚焦法则。
扇形扫查图解
扇形扫查
扇形扫查有能力扫查整个工件截面，而无须移动 探头。
用于检测复杂的或检测空间受限的几何工件。 把宽波束和/或多焦点探头的优势集中在一个相控
缺点
探头制造复杂，国内目前不能制作 探头一般尺寸较大，受现场条件限制 对检测人员要求高 并不能解决所有问题，也不是进行一次扫
查就能发现所有缺陷
相控阵探头Βιβλιοθήκη Baidu
相控阵探头是一种晶片的激发时间可以单 独调节，以控制声束轴线和焦点等参数的 晶片阵列。根据晶片阵列型式不同，主要 有1维线性阵列，2维线性阵列， 1维环形 阵列，2维环形阵列四种形式。
波束形成
聚焦波束－接收侧
聚焦法则产生
聚焦法则计算器
本机工具 －TomoView －Omniscan “编程探头”
EPRI 工作手册 PASS,CIVA, 等.
相控阵波束的特点
波束聚焦
把超声能量聚集到一个焦点的能力 使用一个探头可以把波束聚焦在不同深度 对称（比如抛物线）聚焦法则（时间延迟
相控阵优缺点
为什么使用相控阵？
不需要移动工件，实现高速电子扫查
通过软件控制波束特征提高检测性能 单个电子控制的相控阵探头实现多角度检
测 多种配置：P/E, T/R, TOFD, 串列扫查 对于复杂几何体的检测更具灵活性 －最佳的聚焦 －最佳的波束角度
相控阵技术能够电子修改超声探头的特征。 探头修改是通过在阵列探头中单个晶片的
合成探头技术
PA探头基于合成技术， 从合成探头获得的信噪比 比压电陶瓷材料高10-30dB。
压电合成探头使用薄陶瓷棒放在聚合体内而制成。
合成探头技术
一个薄金属层放在压电合成体上。在这个 金属层内设计的晶片确保压电材料统一激 发。
探头制造：外壳
探头的结构与常规探 头相似
声匹配 压电合成体 填充材料 多达128个共轴电线
波前同时撞击到压电晶片。
斜波束－接收一侧
相控阵波束形成
相控阵探头波束偏转（接收）： －在接收过程中施加合适的电子延迟。 －只有信号“满足”延迟法则达到同相位，合并后
才会产生有效信号。
相控阵波形成
相控阵信号处理总图 出于经济考虑，脉冲发生器通常采用多路输出。
Omniscan 16/128是指仪器具有16个脉冲发生 器，通过多路输出得到128个超声通道。
基本阵列设计
线性阵列（1D）基 本上是一个长的常 规探头。
切割成许多可以单 独激发的小晶片。
阵列探头的设计参数
探头参数： 频率（f） 阵列中晶片的数量（n） 控制或激活方向上总的孔径（A） 高度，在机械轴或次轴方向上的孔径（H） 间距，两个相邻晶片的中心间距（p） 单个晶片的宽度（e）
阵探头中。
波束偏转
偏转能力与阵列中单个晶片的宽度有 关
通过公式计算出最大偏转角（－6dB） 斜楔块可以改变角度偏转范围
波束偏转能力取决于相邻进片产生波 束后的相互干涉。
探头电子控制
电子脉冲延迟（图有错）
斜波束
聚焦波束
线阵探头－线性扫查
线性探头－扇形扫查
连续或环形扫查
波束的形成原理
常规波束形成
常规UT探头角度偏转（发射）： －根据惠更斯原理产生超声波束 －在发射过程中斜楔块引入适当的延迟，产生一
个带角度波束。
斜波束
常规波束形成
常规UT探头控制波束（接收） －根据惠更斯原理楔块内产生波束 －在接收过程中斜楔块引入延迟，使“同相位”的
相控阵探头设计参数
超声相控阵探头由一系列独立的晶片构成， 每个晶片都有各自的接头，延时电路和A/D 转换器
晶片之间彼此声绝缘 根据预先计算好的时间延迟触发晶片组中
的每一个晶片，比如“相位”
1D线性阵列
许多线性探头设计 探头可以在次轴上形成聚焦 PA和探头技术允许探头加工成各种形状，平的，
曲线的，圆锥形的，椭圆形的….
普通的探头几何形状
1D线性阵列
2D线性阵列
常用的探头几何形状
1D环形阵列
2D环形阵列
常用的探头几何形状
菊花探头数据
楔块参数
楔块参数 楔块声速（vw） 楔块角度（ω） 第一个晶片高度（h1） 第一个晶片的偏移
（x1） 楔块常用的材料是一
种专利材料Rexolite
信号发射（触发）和接收（回波）注入时 间延时来实现的。 任何用于缺陷检测和测量的UT技术都可用 相控阵探头完成
。
优点
相控阵最显著的特点是 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 平移声束。因此 ,与传统超声检测技术相比 ,相控阵技术 的 ,优势是 ①用单轴扇形扫查替代栅格形扫查可提高检测 速度。②不移动探头或尽量少移动探头可扫 100 % 扫查 厚大工件和形状复杂工件的各个区域 ,是解决可达性差和 空间限制问题的有效手段。③通常不需要复杂的扫查装 置 ,不需更换探头就可实现整个体积或所关心区域的多角 度多方向扫查 ,因此在核工业设备检测中可减少受辐照时 间。④优化控制焦柱长度、焦点尺寸和声束方向 ,在分辨 力、信噪比、缺陷检出率等方面具有一定的优越性。
晶片数量
10
孔径（mm）
10
N 菲涅耳距离 84 （mm）
聚焦深度（mm） 84
K
0.99
D(聚焦深度mm) 2.49
16 16 216
84 0.39 1.55
32 32 865
84 0.10 0.78
以上结果基于水尽方法。
波束剖面
动态深度聚焦
DDF是以单脉冲检测深工件的理想方式。光速在 返回时重新电子聚焦。
对晶片位置）
波束聚焦
非聚焦波束 波束近场区和自然扩散角取决于孔径A和波长λ。 近场区 扩散角（半扩散角θ，在-6dB） 波束尺寸（在深度Z）
波束聚焦
聚焦的波束： 聚焦系数（K）定义为: 此处F=聚焦距离
N＝近场区
指定焦距的波束偏转平面上的波束尺寸 （dst）为：
波束聚焦理论
线性探头晶片间隙1mm，频率5MHz, 声速1480m/s