超声相控阵检测技术
相控阵超声检测知识点总结
相控阵超声检测知识点总结相控阵超声检测是一种先进的无损检测技术，已广泛应用于航空航天、国防军工、工业制造等领域。
它利用多个超声传感器和复杂的信号处理技术，能够实现高分辨率、高灵敏度的缺陷检测，并具有全方位、多角度探测能力。
本文将对相控阵超声检测的原理、优势和应用进行详细介绍。
原理相控阵超声检测利用多元超声传感器阵列，通过控制传感器的相位，实现超声波束的聚束和聚焦。
这种技术能够精确控制超声波的传播方向和波束形状，从而实现对被测物体的全方位、高分辨率检测。
相控阵超声检测的原理可以简单概括如下：1. 多元传感器阵列：相控阵超声检测系统由多个超声传感器组成，这些传感器通常排布成矩阵状或圆形，以实现全方位检测。
2. 相位控制：通过调节传感器的相位，可以控制并调整超声波束的方向和形状。
这样就能够实现在不同角度、不同深度对被测物体进行定位和检测。
3. 信号处理：利用复杂的信号处理技术，将传感器接收到的超声波信号进行合成、滤波和成像处理，最终得到高分辨率的缺陷图像。
优势相控阵超声检测相对于传统的超声检测技术，具有以下优势：1. 高分辨率：相控阵超声检测能够实现对被测物体的高分辨率成像，能够清晰地显示缺陷、裂纹等细小缺陷。
2. 多角度探测：相控阵超声检测通过控制超声波束的方向和形状，能够实现对物体的多角度、全方位探测，提高了检测的全面性和可靠性。
3. 实时成像：相控阵超声检测可以实现对被测物体的实时成像，能够及时发现并跟踪缺陷的变化。
4. 无接触检测：相控阵超声检测不需要直接接触被测物体，可以实现远距离、非接触式的检测，适用于复杂形状、高温、高压等恶劣环境。
应用领域相控阵超声检测技术在航空航天、国防军工和工业制造等领域得到了广泛应用，具有以下主要应用领域：1. 航空航天：相控阵超声检测可以应用于航空航天器件的缺陷检测和结构健康监测，如飞机机翼、发动机叶片等部件的裂纹检测。
2. 国防军工：相控阵超声检测可以用于武器装备、军事装备的缺陷检测和性能评估，如坦克、导弹等武器系统的检测。
超声相控阵检测技术及应用
超声相控阵检测技术及应用
近年来，随着科技的不断发展，超声相控阵检测技术成为了一种
非常重要的无损检测技术，应用广泛于各个领域，比如航空、航天、
汽车、电力等工业领域。
超声相控阵检测技术是利用超声波在材料中传播、反射、衍射、
散射等原理进行缺陷检测的一种技术。
它能够对复杂结构的材料进行
高精度、高效率、无损的检测和评估，能够检测出各种缺陷，如裂纹、气孔、夹杂等，同时还能够评估材料的力学性能、耐久性和可靠性。
相比传统的超声检测技术，超声相控阵检测技术具有优越性。
它
可以通过调整控制器上的参数，实现多角度、多方向、多频率的超声
波束所覆盖的测试区域，不仅可以提高检测精度，还可以缩短检测时间，并大大降低了误判率。
在实际应用中，超声相控阵检测技术的应用不断发展和完善。
在
航空领域，超声相控阵检测技术被广泛应用于飞机结构和发动机叶片
的缺陷检测，大大提高了飞机的安全性能和可靠性。
在汽车领域，超
声相控阵检测技术被应用于对汽车组件的检测，如汽车发动机的缸体、缸盖和曲轴等部件的缺陷检测，有效提高了汽车的性能和安全性能。
在电力领域，超声相控阵检测技术被用于检测钢轨、钢板、桥梁和引线、绝缘子等电力设备，提高了电力设备的性能和安全性，对电力行
业和国家电网的建设起到了至关重要的作用。
总之，超声相控阵检测技术在工业生产和科学研究中发挥着不可替代的作用，其应用领域越来越广泛，技术也在不断地完善和提高，将使得未来的无损检测技术更为可靠、高效和精确。
超声相控阵检测技术原理
超声相控阵检测技术原理
超声相控阵检测技术是一种利用超声波进行非破坏性检测的技术。
其原理是通过将单个超声源和接收器组成一个阵列，并精确控制每个超声源的激发时间和接收时间，从而控制超声波的发射方向和接收方向。
具体工作原理如下：
1. 通过超声发射器发射超声波。
每个超声发射器产生一个超声波束，多个超声发射器工作时形成一个超声波束阵列。
2. 超声波经过被测物体后，被物体吸收、散射或反射。
如果有缺陷存在，超声波将被缺陷反射或散射。
3. 接收器接收并记录超声波的回波信号。
超声发射器和接收器之间的时间差可用于测量超声波经过被测物体的旅行时间，从而计算出缺陷的位置和大小。
4. 使用相控技术调整超声阵列中每个超声发射器和接收器的激发时间和接收时间，使得超声波能够在特定角度范围内聚焦和辐射。
通过改变发射器和接收器的激发时间和接收时间，可以改变超声波的发射和接收角度，从而获得更多方向上的信息，提高检测的准确性和效率。
总的来说，超声相控阵检测技术利用精确控制超声波的发射和接收方向，通过测量超声波的回波信号来检测物体的缺陷位置和大小。
该技术具有高灵敏度、高分辨率和高精度的特点，在非破坏性检测领域有广泛应用。
超声波相控阵检测原理和应用-详细版本
超声波相控阵检测是一种利用超声波与物体相互作用的技术，通过控制超声波的发射、接收和信号处理等参数，实现对物体内部缺陷、结构以及材料性质等方面的非破坏检测。
超声波相控阵检测原理是利用超声波在物体内部传播的特性，同时通过电子计算机控制多个超声传感器的发射和接收，可以对物体进行成像及缺陷定位。其主要步骤包括：
（1）信号发射：多个超声发射器同时发射超声波信号，这些信号在物体内部传播，对物体进行扫描和检测。
（2）信号接收：多个超声接收器同时接收超声波信号，记录下信号的时间、强度等信息。
（3）信号处理：采用先进的电子计算机技术，对接收到的信号进行处理和分析，生成物体的图像和缺陷信息等。
超声波相控阵检测与传统的超声波检测相比，具有以下优势：
超声波相控阵检测在工业、医学、航空、航天等领域具有广泛的应用，例如：
（1）工业领域：用于对钢铁、金属、陶瓷等物体的质量检测、缺陷检测、材料性能测试等方面。
（2）医学领域：用于对人体内部的缺陷、病变、组织结构等方面的检测和成像。
（3）航空航天领域：用于对航空器、火箭等物体的结构缺陷、疲劳损伤、材料性能测试等方面。
（1）高精度：相控阵技术可以实现高分辨率的成像，对物体内部微小缺陷也可以进行检测置进行检测，大大提高了检测的效率和准确性。
（3）多功能：相控阵技术可以实现不同角度的扫描和检测，适用于不同形态的物体检测。
（4）无损伤：相控阵技术采用超声波作为探测介质，对物体没有任何损伤，适用于不同材料和形态的物体检测。
总之，超声波相控阵检测是一种非常重要的检测技术，其优越的性能和广泛的应用前景，将会对各行业的生产、科研、诊断等方面发挥重要作用。
超声相控阵检测技术
超声相控阵检测技术
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。
超声相控阵检测技术
探头的几何外形
Y=8.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 14 15 16
X =-7 .9 , Y =-8.0 --> X =7 .9
Y=4.4
45678911011121314156 3 2 1
X = -4.4 , Y = -4 .4 --> X = 4 .4
超声相控阵检测技术
超声轴+扫查轴 B扫
编码轴+扫查轴 C扫
超声相控阵检测技术
编码轴+扫查轴 C扫
超声相控阵检测技术
超声波探伤方法
• 共振法；脉冲回波法；穿透法； • 脉冲回波法原理(超声相控阵也是基于此原理)：
17
50 32 18 8
46 45
29 28 44
16
15 27 43 7
51 33 19 9 52 34 20 10
3
2
1
4
5
6 14 26 42 13 25 41 61
11 12 53 35 21
22 23 54 36
37 38 55
超声相控阵动态聚焦检测技术
超声相控阵动态聚焦检测技术超声相控阵动态聚焦检测技术，听起来是不是有点高大上？但其实它就是用超声波来“探路”，帮我们在一些需要高精度检测的场合，准确找出问题所在。
听着有点抽象是不是？别着急，我来给你慢慢捋一捋。
想象一下你站在一个大房间里，四周都是厚厚的墙壁。
你能听到别人说话的声音吗？当然不行！但如果你有一双超凡的耳朵，能够根据声音从哪里传来的不同，调整自己接收的角度和力度，哇，那你就能听到更清楚了。
超声相控阵技术就是这么一个“超级耳朵”，它利用超声波的反射来“听”清楚我们看不到的东西。
说到超声波，可能大家会想到做B超的场景吧。
其实超声波比X光更加友好，它不像X光那样对身体有辐射，超声波就像是轻轻地摸了下你的皮肤，没啥害处。
它的探测能力可不简单。
通过一个个小小的“声波探头”，它可以快速“扫描”物体，找出内部的一些细节。
就像是把手电筒照进一个黑乎乎的房间，虽然看不见，但声音的回响可以告诉你里面的形态和障碍。
更厉害的是，超声相控阵技术可以精准地控制每一个声波发射的角度，这就好像你在房间里有了360度转动的耳朵，每个细节都能听得清清楚楚。
这一点就厉害了！你想想，要是我们把这种技术应用到工业检测中，比如检查船体的焊缝、飞机的机翼，甚至是核电站的安全隐患，它就能帮助我们发现一些肉眼看不到的问题。
比如说，某个地方出现了细小的裂缝，肉眼可能看不出来，但超声波通过这种动态聚焦的方式，就能“扫”到这个地方，告诉我们裂缝到底有多深，能不能继续使用。
这样就可以避免很多潜在的风险。
动态聚焦，顾名思义，它就是在超声波扫描的时候，可以自动调整焦点的位置，确保我们对每个检测点的“关注”都在最清晰的状态。
要是把这个过程比作拍照，传统的相机就像是一次性对准一个地方拍照，而动态聚焦则是能自动调整焦距，让你无论拍什么都能清晰呈现出来。
大家有没有觉得它像是一个“摄影大师”？它就是能够精确控制聚焦点，确保在不同的深度都能得到精准的信息。
这项技术的应用非常广泛，特别是在一些高精度要求的领域。
使用超声相控阵技术的无损检测方法与技巧
使用超声相控阵技术的无损检测方法与技巧超声相控阵技术是一种常用于无损检测的技术，它通过使用一组探头向待测物体发射超声波，并接收其反射波，从而获取物体内部的信息。
相比传统的单点检测技术，超声相控阵技术具有更高的分辨率、更广的探测范围和更强的穿透力。
本文将介绍使用超声相控阵技术进行无损检测的方法和技巧。
首先，准备工作是使用超声相控阵技术进行无损检测的关键。
需要选取合适的探头和超声仪器。
探头的选择应根据待测物体的尺寸、形状和材料选择合适的频率、探头尺寸和探头阵列形式。
超声仪器的性能也需要符合要求，包括信号发射和接收的灵敏度、增益、滤波器和数据处理能力等。
其次，进行检测前需要进行合适的准备工作。
首先要对待测物体进行表面清洁，以保证超声波能够有效传播和反射。
其次要选择合适的耦合介质，将探头与待测物体保持良好的接触。
对于粗糙表面的物体，可以使用凝胶或液体耦合剂，而对于平滑表面的物体，可以尝试使用接触探头。
在实际检测过程中，需要注意一些技巧以提高检测的准确性和效率。
首先，要选择合适的扫查模式，可以根据实际需求选择直线扫查、螺旋扫查或网格扫查等。
其次，要根据待测物体的不同部位和表面形态进行特定的检测调节，例如调整传感器的入射角度和倾斜角度，以最大限度地获取有用的信息。
此外，在数据处理方面也有一些技巧可以加以应用。
首先是信号增强技术，可以通过滤波、均衡和增益调节等方式，提高信号质量。
其次是多角度检测技术，通过改变入射角度和探头位置，获取多个角度的数据，从而提高检测精度。
最后是图像重建技术，通过将多个数据进行整合和处理，生成更清晰、更具信息量的图像或曲线。
需要注意的是，在使用超声相控阵技术进行无损检测时，也存在一些潜在的问题和限制。
首先是探头的选择较为复杂，需要根据具体情况进行合理选择。
其次是背景噪声和杂散信号可能干扰检测结果，需要进行相应的滤波和处理。
此外，超声相控阵技术对于复杂结构和多层材料的检测可能存在一定的困难，需要结合其他技术进行辅助。
相控阵超声波检测方法
相控阵超声波检测方法
相控阵超声波检测方法是一种先进的无损检测技术，其基本思想来自于雷达电磁波相控阵技术。
相控阵超声波检测系统主要包括相控阵主机和相控阵探头，相控阵探头由多晶片（如8、16、24、32、60、64或128）组成，每个晶片形成一个独立的发射/接收单元。
通过控制各晶片的激发延迟时间，
可以改变各个晶片发射或者接收超声波的相位关系，得到所需的声束，实现对超声方向和焦点深度的改变控制。
在工业无损检测中，相控阵超声波检测方法主要用于检测材料和结构的内部缺陷。
通过使用不同的扫查器和探头，可以对各种材料和结构进行快速、准确的检测。
例如，可以对金属、复合材料、陶瓷等材料进行检测，也可以对管道、压力容器、航空航天器等结构进行检测。
相比传统的超声波检测方法，相控阵超声波检测方法具有更高的检测精度和可靠性。
它可以实现快速移动声束，对被检物体进行全面的检测，而且可以实时显示检测结果，方便对结果进行分析和评估。
在实际应用中，相控阵超声波检测方法需要经过专业的培训和实践才能熟练掌握。
同时，为了保证检测结果的准确性和可靠性，还需要注意探头的选择、扫查器的使用、耦合剂的选择等方面的问题。
超声相控阵检测技术应用
超声相控阵检测技术应用的实际情况1. 应用背景超声相控阵（Phased Array）是一种利用多个超声探头组成的阵列，通过控制每个探头的发射时间和幅度来实现对被测物体进行全方位扫描和成像的技术。
相比于传统的超声检测技术，超声相控阵具有更高的灵敏度、更快的检测速度和更精确的定位能力，因此在多个领域得到了广泛应用。
2. 应用过程超声相控阵检测技术主要包括以下几个步骤：2.1 探头选择与布置根据被测物体的形状、尺寸和材料等特点，选择合适的超声探头，并将其按照一定的布置方式固定在被测物体上。
通常情况下，采用线性或者矩阵型的布置方式可以实现全方位扫描。
2.2 参数设置与校准通过超声相控阵仪器设定合适的工作参数，包括发射频率、脉宽、采样频率等。
还需要进行探头的校准，包括延时校准、增益校准和灵敏度校准等，以保证检测的准确性和可靠性。
2.3 数据采集与处理将超声探头发出的超声波信号发送到被测物体上，并接收反射回来的信号。
通过超声相控阵仪器采集这些信号，并进行滤波、放大等处理。
利用相控阵算法对这些信号进行相位控制和波束形成，得到二维或者三维的扫描图像。
2.4 缺陷检测与评估通过分析扫描图像，可以实现对被测物体内部结构和缺陷的检测与评估。
常见的检测目标包括裂纹、夹杂、气孔等。
通过对缺陷的位置、形状、大小等特征进行分析，可以判断其对被测物体的影响程度，并制定相应的修复方案。
3. 应用效果超声相控阵检测技术在多个行业中得到了广泛应用，并取得了显著的效果：3.1 航空航天领域超声相控阵检测技术在航空航天领域中被广泛应用于飞机发动机叶片、涡轮盘、机翼等关键部件的缺陷检测。
相比于传统的X射线或者磁粉检测技术，超声相控阵具有高分辨率、无辐射、实时性强等优点，可以更准确地检测到微小缺陷，并及时进行修复。
3.2 石油化工领域超声相控阵检测技术在石油化工领域中主要应用于管道、储罐等设备的缺陷检测。
通过对设备内部结构和壁厚的扫描，可以有效地发现腐蚀、裂纹等缺陷，并及时采取措施进行维修和保养，以确保设备的安全运行。
相控阵超声检测技术
相控阵超声检测技术嘿，朋友们！今天咱来聊聊相控阵超声检测技术，这可真是个了不起的玩意儿啊！你想想看，我们平常检查东西，就像是在黑夜里摸瞎，不知道里面到底啥情况。
但有了相控阵超声检测技术，那就好比给我们安上了一双超级眼睛，可以清楚地看到物体内部的状况。
这难道不神奇吗？相控阵超声检测就像是一个神奇的侦探，能把那些隐藏在材料深处的小秘密都给挖出来。
它可以检测各种材料，从金属到塑料，从大机器到小零件，就没有它搞不定的。
这多厉害呀！它的工作原理呢，其实也不难理解。
就好像一群小士兵，排好队听指挥，一起发出声波，然后根据声波的反馈来了解情况。
这些小士兵可机灵了，能快速地调整自己的位置和角度，确保把每个角落都检查得仔仔细细。
而且啊，相控阵超声检测技术还有一个特别牛的地方，就是它特别精准。
不像有些检测方法，马马虎虎的，结果让人心里没底。
它就像是一个精确的狙击手，指哪打哪，一瞄一个准。
这对于那些要求特别高的行业来说，简直就是大救星啊！比如说在航空航天领域，那可都是高精尖的东西，一点点小问题都可能引发大灾难。
相控阵超声检测技术就能帮他们早早地发现问题，及时解决，避免出现大麻烦。
这就好比是给飞机装上了一道保险，让我们坐飞机的时候也能更安心。
在医疗领域，它也能大显身手呢！可以帮助医生更清楚地了解病人身体内部的情况，更好地进行诊断和治疗。
你说，这是不是很厉害？咱再想想，如果没有相控阵超声检测技术，那得有多少问题发现不了啊！那些隐藏的裂缝、缺陷，说不定啥时候就爆发出来，造成严重的后果。
但有了它，我们就可以提前发现，提前解决，把危险扼杀在摇篮里。
总之，相控阵超声检测技术就是我们的好帮手，让我们能更清楚地看到这个世界，让我们的生活变得更安全、更可靠。
它就像是一盏明灯，照亮了我们探索未知的道路。
难道你不想多了解了解它吗？相信我，一旦你深入了解了它，你一定会对它赞不绝口的！相控阵超声检测技术，真的太棒啦！。
超声相控阵检测技术的发展及应用
超声相控阵检测技术的发展及应用一、概述随着科学技术的不断发展和进步，各种新型的检测技术也不断涌现。
其中，超声相控阵检测技术作为一种非常重要的无损检测技术，在工业生产和医学诊断领域有着广泛的应用。
本文将就超声相控阵检测技术的发展历程和应用进行探讨。
二、超声相控阵检测技术的发展历程1. 超声相控阵检测技术的起源超声相控阵检测技术起源于上世纪50年代，最初是由医学领域引入工程技术，主要用于医学超声诊断。
随着工程技术的不断发展，超声相控阵检测技术逐渐应用到了工业领域中。
2. 超声相控阵检测技术的技术进步随着计算机技术和电子技术的快速发展，超声相控阵检测技术也得到了极大的改善和提升。
传统的超声波探头只能发送和接收单一方向的超声波信号，而超声相控阵探头可以通过控制多个单元晶片的工作时序，实现对被测物体内部的不同方向的超声波信号的发送和接收，大大提高了检测的效率和精度。
3. 超声相控阵检测技术的应用领域随着超声相控阵检测技术的发展，它已经广泛应用于医学影像学、航空航天、船舶制造、汽车制造、建筑工程等领域，成为现代工程技术领域中不可或缺的重要技术手段。
三、超声相控阵检测技术的应用1. 航空航天领域超声相控阵检测技术在航空航天领域的应用主要体现在航空器构件的无损检测和航天器的结构健康监测等方面。
由于超声相控阵检测技术具有高分辨率、多方向探测等特点，可以对飞机结构零部件进行高效、准确的无损检测，保障了航空器的飞行安全。
2. 医学影像学领域在医学影像学领域，超声相控阵检测技术已经成为医学影像学中最重要的成像技术之一。
与传统的B超、CT、MRI等成像技术相比，超声相控阵检测技术具有辐射小、成本低、操作简单等优点，非常适合于临床医学中的各种检查和诊断。
3. 工业生产领域在工业制造领域，超声相控阵检测技术也有着广泛的应用。
例如在汽车制造中，超声相控阵检测技术可用于汽车零部件的无损检测，保障汽车制造的质量。
在船舶制造中，超声相控阵检测技术可用于船体结构的无损检测，确保船舶的安全运行。
超声相控阵检测技术
智能化与自动化
借助人工智能和机器学习技术，超声相控阵检测技术正朝 着智能化和自动化方向发展，实现自动缺陷识别、自动报 告生成等。
面临的主要挑战
Байду номын сангаас
01
复杂形状与结构的检测
对于复杂形状和结构的部件，超声相控阵检测技术的适应性有待提高，
应用领域与前景
应用领域
超声相控阵检测技术可应用于各种金属和非金属材料的无损检测，如钢铁、铝合金、钛 合金、陶瓷、复合材料等。具体应用包括焊缝检测、铸件检测、锻件检测、管道检测、
压力容器检测等。
前景
随着新材料、新工艺的不断涌现和无损检测标准的不断提高，超声相控阵检测技术将朝着更高分辨率、更快 检测速度、更智能化等方向发展。同时，随着5G、物联网等新技术的不断发展，超声相控阵检测技术将实现
远程在线监测和实时数据分析等功能，为工业生产和质量控制提供更加便捷、高效的技术支持。
02
超声相控阵检测系
统组成
超声换能器阵列
01
02
03
线性阵列
由一排等间距的超声换能 器组成，用于一维扫描。
矩阵阵列
由二维排列的超声换能器 组成，可实现二维扫描和 三维成像。
环形阵列
由环形排列的超声换能器 组成，适用于管道、圆柱 形容器等特殊形状工件的 检测。
需要开发更先进的算法和探头设计。
02
信号处理与数据分析
随着检测精度的提高，产生的数据量也大幅增加，对信号处理和数据分
析提出了更高的要求。
03
成本与普及
虽然超声相控阵检测技术具有诸多优势，但其高昂的成本限制了其在一
2024年超声相控阵检测技术培训课件
超声相控阵检测技术基于惠更斯原理和波的叠加原理。通过 控制每个换能器的激发时间，可以实现声波的聚焦和偏转； 通过控制换能器阵列中各个换能器的相位，可以实现声波的 扫描和成像。
发展历程及现状
发展历程
超声相控阵检测技术经历了从单一阵元到多元阵元、从手动扫描到自动扫描、 从单一功能到多功能集成的发展历程。随着计算机技术和信号处理技术的不断 发展，超声相控阵检测技术的检测精度和效率不断提高。
超声相控阵检测技术培训课件
目 录
• 超声相控阵检测技术概述 • 超声相控阵检测系统组成 • 超声相控阵检测关键技术 • 实际操作流程与注意事项 • 故障诊断案例分析 • 培训总结与展望
01
超声相控阵检测技术概述
定义与原理
定义
超声相控阵检测技术是一种利用超声波在介质中传播时的反 射、折射和散射等特性，通过控制多个超声换能器的激发时 间和相位，实现声波的聚焦、偏转和扫描等功能的无损检测 技术。
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。
收获了宝贵的经验和友谊
学员们纷纷表示，在培训过程中不仅学到了知识和技能，还结识了许多志同道合的同行 和朋友，收获了宝贵的经验和友谊。
未来发展趋势预测
1 2 3
技术不断创新和升级
超声波相控阵检测原理和应用
超声波相控阵检测原理和应用一、原理1.超声波的传播特性：超声波是一种机械波，其传播速度随着介质的密度和弹性变化而变化。
在介质中传播时，超声波会发生折射、反射、散射等现象，这些现象提供了成像和检测的基础。
2.相控阵技术：超声波相控阵技术是通过调节超声波发射源和接收阵列的相位差来实现波束的转向和调节。
通过调整发射机的相位差、脉冲宽度和幅度，可以实现超声波的定向发射。
同时，通过接收阵列的处理和计算，可以实现波束的转向和聚焦。
3.接收信号处理：在超声波相控阵检测中，接收到的信号将经过一系列的处理和计算。
通常会采集多个接收阵列上的信号，并进行幅度衰减、相位调整和矩阵运算等处理，最终得到目标物体的成像结果。
二、应用1.非破坏性检测：超声波相控阵检测技术可以对物体进行非破坏性的检测，无需直接接触目标物体，可以避免对物体造成损伤。
2.成像效果好：相比传统的超声波成像技术，超声波相控阵检测具有更好的分辨率和图像质量，可以更清晰地显示目标物体的特征。
3.检测范围广：超声波相控阵检测技术可以应用于各种不同材料的检测，包括金属、塑料、陶瓷等材料，适用于检测多种缺陷和异常。
基于以上原理和优点，超声波相控阵检测技术在很多领域有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1.医学领域：超声波相控阵检测技术在医学领域中被广泛应用于人体的各种检查和诊断，如超声心动图、超声CT等。
通过超声波的成像，可以对人体内部的器官、组织和血管等进行检查和诊断，具有较高的精度和安全性。
2.材料检测：超声波相控阵检测技术可以用于各种材料的缺陷检测和质量评估，如金属的焊缝检测、陶瓷材料的裂纹检测等。
通过超声波的成像，可以对目标物体的内部结构和缺陷进行评估和分析。
3.航空航天领域：超声波相控阵检测技术可以用于航空航天领域的飞机结构检测和维护，如飞机机翼的疲劳裂纹检测、飞机结构的完整性检测等。
通过超声波的成像，可以及时发现和修复结构中的缺陷和损伤，提高飞机的安全性和可靠性。
相控阵超声检测标准
相控阵超声检测技术标准与实践一、相控阵超声检测技术简介相控阵超声检测技术是一种基于超声波的检测方法，通过相控阵列换能器实现超声波的聚焦和偏转。
其原理是利用高频超声波在材料中传播时遇到不同界面产生的反射和折射现象，通过接收和处理这些回波信号，实现对材料内部结构的无损检测。
相控阵超声检测技术自20世纪90年代问世以来，凭借其高分辨率、高精度和高可靠性等优势，迅速在多个领域得到广泛应用。
二、检测应用领域相控阵超声检测技术在多个行业中都发挥着重要的作用，以下是其主要应用领域：1.工程建筑：用于混凝土结构、钢结构等材料的无损检测，确保结构的完整性。
2.石油化工：对管道、压力容器等设备进行定期检测，预防潜在的安全隐患。
3.航空航天：用于飞机零部件、发动机叶片等关键部件的无损检测，确保飞行安全。
4.轨道交通：对高铁、地铁车辆的车体材料进行检测，确保运行安全。
5.新能源：对风力发电机叶片、太阳能板等新能源设备的无损检测。
三、技术标准与规范相控阵超声检测技术的标准与规范主要涉及以下几个方面：1.检测方法：应明确规定检测方法，如单晶、多晶、线性或扇形扫描等。
2.仪器设备：应规定相控阵超声检测设备的性能参数、校准和维护等方面的要求。
3.操作流程：应明确检测前准备、数据采集、数据处理和结果解释等步骤的具体操作要求。
4.数据分析与解释：应规定数据的分析方法、缺陷评定原则和结果表达方式。
5.安全与环保：应规定检测过程中的安全措施和环保要求。
四、数据分析与解释相控阵超声检测技术的数据分析主要包括以下步骤：1.数据预处理：去噪、增益调整等，以提高数据质量。
2.成像处理：通过信号处理技术，将原始数据转换为可视化的超声波图像。
3.缺陷识别：通过图像处理技术，识别并定位材料中的缺陷。
4.定量与分类：根据缺陷的尺寸、形状等信息，对缺陷进行分类和定量分析。
5.解释与评估：结合专业知识，对缺陷的性质和潜在影响进行解释和评估。
五、检测质量控制与改进措施为确保相控阵超声检测技术的质量和准确度，应采取以下措施：1.人员培训：定期对操作人员进行技术培训和考核，提高其专业水平。
超声相控阵检测技术
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第二章 超声相控阵技术的基本原理
1
2.1 超声相控阵换能器的原理
2
超声相控阵换能器的设计基于惠更斯原理。
3
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。
此时，应用相控阵技术可提高检测效率，减少辐照时间，扩大超声检测 应用范围，取得显著 的经济效益和社会效 益。
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第四章 超声相控阵的应用
2超声相控阵检测技术在焊缝斜探伤中的应用(1)
用相控阵探头对焊缝作横波斜探伤时，无需象普通单探头那样在焊缝两侧频繁地来回前后移动；
而焊缝长度方向的全体积扫查，可借助于装有阵列探头的机械 扫查器沿着精 确定位的轨道 滑动完成，故 可实现高速探 伤。
3.2 阵列探头的种类 按压电元件阵列特征
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第三章 超声相控阵系统的硬件组成
按阵元排列方式
阵列探头的种类
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第三章 超声相控阵系统的硬件组成
阵列探头的种类 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。 线阵列探头
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第三章 超声相控阵系统的硬件组成
相控阵探头
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第三章 超声相控阵系统的硬件组成
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What is a phased array system?
第二章 超声相控阵技术的基本原理
”
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第三章 超声相控阵系统的硬件组成
3.1 超声相控阵系统组成
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第二章 超声相控阵技术的基本原理
2.2 相位控制与声束聚焦
01
相控的目的就是要控制φ1和φ2,使得Δφ=0。
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超声相控阵检测技术超声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,如对气轮机叶片(根部) 和涡轮圆盘的检测、石油天然气管道焊缝检测、火车轮轴检测、核电站检测和航空材料的检测等领域。
超声无损检测超声无损检测技术又称超声无损探伤技术，它是利用物质中因由缺陷或组织结构上差异的存在而会使超声某些物理性质的物理量发生变化的现象，通过一定的检测手段米检测或测量这些缺陷。
利用超声波在物体中的多种传播特性，例如反射与折射、衍射与散射、衰减以及在不同材料中的声速不同的特点，可以测量各种材料上件的尺寸、密度、内部缺陷、组织变化等。
超声波检测是应月j最为广泛的一种重要的无损检测技术。
超声检测的基本过程如图1图1 超声检测基本过程目前我们最常用的超声无损检测方法是超声脉冲回波法，基本原理是超声波传播到两种不同的介质(如空气和金属试件)界面时，由于两种介质的声学特性存在差异，会产生反射和透射现象。
其声压反射率和透射率与两种介质的声阻抗有关。
与刚体介质声阻抗相比，空气的声阻抗很小。
因此超声通过固体和空气界面几乎是全反射。
脉冲回波法(即A型扫描)就是通过测量超声信号往返于缺陷的反射回波的传播时间，来确定缺损和表面的距离，同时也可根据超声同波的幅度，来分析缺陷的大小。
图2 脉冲回波法(A扫)如图2所示，当试件没有缺陷时，超声波可以顺利传播到底面，同波图中只有发生脉冲和底面回波两个信号。
若试件中存在缺陷时，回波图中在底面回波前还有缺陷同波。
如果缺陷很人，可能会有就只有缺陷回波的情况。
在脉冲回波A型超声检测的基础上加以改进，加上机械扫查装置或人上来移动探头，在显示回波时，根据同波幅度用灰度图像显示，就可以构成多种扫描成像方式。
如B型扫描成像、C型扫描成像显示。
B型成像显示的是与声束方向平行且与探头移动平面垂直的剖面，即试件内部缺陷的纵截面图；C型成像显示的是与声束扫奄平面及探头移动平面都垂直的剖面，即工件内部缺陷的横截面图。
相控阵探头超声相控阵技术需使用不同形状的多阵元换能器来满足构件检测的需求。
图3为不同形状的超声相控阵换能器,按其阵元排列方式分为一维线形阵列、一维环形阵列、二维矩形阵列、二维分段交错环形阵列和圆形阵列四种形式图3 相控阵探头阵元几何排列示意图与面形和环形阵列相比,线形阵列具有容易加工,发射接收延迟控制电路较简单,容易实现等优点,因此在实际应用中使用较多。
环形阵列由于不能进行声束偏转控制,大多应用在医学成像和脉冲多普勒体积流量计中。
其中二维分段交错环形阵列比较特殊,专门用于棒材检测。
由于目前加工工艺限制,及电路复杂和制作成本高,使二维矩形阵列仍主要应用于医用 B 超上,工业上很少使用。
圆形阵列主要用于检测管子的内外壁缺陷。
超声相控阵检测原理超声相控阵技术是通过控制各个独立阵元的延时，可生成不同指向性的超卢波波束，产生不同形式的声束效果，可以模拟各种斜聚焦探头的工作，并且可以电子扫描和动态聚焦，无需或少移动探头，检测速度快，探头放在一个位置就可以生成被检测物体的完整图像，实现了自动扫查，且可检测复杂形状的物体，克服了常规A型超声脉冲法的一些局限。
如图4以线性阵列探头为例来介绍相控阵平行线性扫描、扇形扫描以及动态聚焦的原理。
图4(a)中，阵列换能器阵元的激励时序是从左到右，由若干个阵元组成一组发射卢束，通过控制的阵元的激励，使声束也沿着线阵的方向从左到右移动，进行平行线性扫描，类似医学上的实时扫描。
图4(b)中，将阵列阵元逐个等间隔的加人延时发射，使合成的波阵面具有一个偏角的平面波，这就是相控阵偏转，改变延时间隔的大小，可以用于在一定范围的空间进行扇形扫描。
图4(c)中，通过控制阵列阵元发射信号的相位延时，使两端的阵元先发射，中间的阵元延迟发射，并指向一个垂直方向移动的聚焦点，使聚焦点位置的声场最强。
图4超声相控阵扫描原理图换能器发射的超声波遇到目标以后产生回波信号，其到达各阵元的时间存在差异。
按照回波到达各阵元的时间茅对各阵元接收到的信号进行延时补偿，然后合成相加，根据信号处理的结果判断山回波声源的位置。
超声相控阵成像原理及特点超声检测时需要对物体内某一区域进行成像,为此必须进行声束扫描。
常用的快速扫描方式是机械扫描和电子扫描,两种方式均可获得图像显示,在超声相控阵成像技术中通常结合在一起使用。
超声相控阵成像技术是通过控制换能器阵列中各阵元的激励(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,完成声成像的技术。
由于相控阵阵元的延迟时间可动态改变,所以使用超声相控阵探头探伤主要是利用它的声束角度可控和可动态聚焦两大特点。
随着中国石油、电力以及特种锅炉和容器等行业的快速发展, 对无缝钢管产品的质量要求越来越高。
过去, 对于无缝钢管的超声波探伤只需要进行纵伤的检测, 而如今, 在很多场合除要求进行纵伤检测外, 还要求进行横伤、斜向伤、测厚和分层缺陷的检测。
传统的超声波探伤技术对于横伤的检测在理论上即存在着缺欠, 对于斜伤的探测更可能挂一漏万。
原有的超声波探伤方法和设备已难于满足无缝钢管越来越苛刻的质量检验要求。
在此形势下，超声相控阵检测设备以其强大、多变的功能和检测能力在无缝钢管检测中显示出独有的特点, 能取得良好的实用效果。
目前, 在执行API标准的石油管的超声波探伤中, 要求进行纵伤、横伤, 测厚和分层的全覆盖检测。
而在一些技术要求更高情况下还要同时进行斜向伤的检测。
由于超声相控阵检测可以灵活、便捷地控制超声声束的入射角度和聚焦深度, 所以无缝钢管中各种取向的缺陷很容易利用超声相控阵方法检测出来。
无缝钢管的检测使用线阵探头。
所谓线阵探头, 即探头中的晶片沿直线排列。
目前使用的线阵探头中可以包含50晶片、128晶片、168晶片或256晶片。
加拿大R /D TECH 公司超声相控阵检测设备图5 钢管超声相控阵检测设备及检测工艺图6( a)为R /D TECH 公司钢管超声相控阵检测设备的一种典型的探头排布方式示意图。
该超声波检测共使用5个探头, 在左边第一单元中有2个探头, 每个探头中有168晶片, 探头长度为120 mm, 2个探头分别实施两方向声束入射的纵伤检测。
左起第2、3单元中各有一个探头, 每个探头中有168晶片, 探头长度为120mm, 2个探头分别实施两方向声束入射的横伤检测。
第4单元中各有1个探头, 探头中有50晶片, 探头长度为120 mm, 该探头实施壁厚测量和分层检测。
在需要进行斜向伤检测时, 第1单元中的2个探头除负责纵伤检测外, 还可同时辐射带有角度的声波探测斜向缺陷图6( b)。
实际上, 3个用于探伤的探头是完全相同的线阵相控阵探头, 它们适用于所有的缺陷检测模式: 纵向缺陷、横向缺陷和斜向缺陷。
相控阵技术的灵活性允许在不同的检测模式之间进行灵活变换, 而无需进行任何机械变换。
探头的聚焦也可以随意改变, 所以在更换被检钢管规格时,无需更换探头或作机械调整。
图5 超声相控阵探头排布图上述相控阵探头分4个单元安放在4个水囊中, 水囊中注满耦合水。
水囊与被检钢管表面接触,钢管表面和水囊表面用水润湿, 起耦合作用。
当更换检测钢管规格(即钢管的直径和曲率发生变化)时, 探头在水囊中的位置以及相对钢管角度均无需做调整, 只要通过计算机设置探头中各晶片的延迟时间便可改变声束的角度和焦距, 保证声束的正确入射和可靠探伤。
该探伤系统在检测纵伤和横伤时, 一般采用3. 5MHz的检测频率, 在做测厚和分层检测时也大体如此。
当钢管的壁厚较薄时, 可采用5MHz或更高检测频率。
钢管超声相控阵检测技术特点与常规钢管超声波检测设备比较, 超声相控阵检测设备具有如下一些特点:1 检测速度快。
由于探头中的阵列晶片是通过电子的方法进行延时激励, 所以它在作线性扫查时比常规探头的机械扫查要快得多。
2 使用灵活。
相控阵探头可以随意控制聚焦深度、偏转角度、波束宽度。
另外, 实施纵伤检测、横伤检测和斜伤检测的相控阵探头是同一种探头, 在探伤中可根据需要随意设置检测扫查方式, 进而实现对钢管中不同取向缺陷的检测。
不同的检测模式之间可灵活变换, 无需进行任何机械变换和调整。
3 检测可靠。
在常规的钢管超声波探伤时, 沿钢管轴向排列的的探头在检测横伤时, 从理论上即存在着重复性差和漏检的可能; 而斜伤探头检测斜向缺陷时, 仅对某一固定取向缺陷敏感。
相控阵探头中多晶片的快速顺序激励, 其辐射声场相当于单晶片探头的连续机械位移和转向, 所以避免了横伤和斜伤的漏检, 大大提高了检测的可靠性。
4 功能强大。
超声波束的聚焦增加了检测信噪比; 在扇形扫查中, 许多方向难以辨别的缺陷均可被检测出; 大量A 扫数据增加了各角度缺陷的分辨率。
5 操作简便。
超声相控阵检测用电子扫查代替机械扫查, 既减少了探头的磨损, 又避免了设备机构的调整。
除了上述特点之外, 从超声相控阵检测设备的使用中发现, 由于设备的机械结构简单, 检测时钢管的移动量少, 所以探伤系统的检测能力、信噪比、重复性等综合性能指标均优于常规超声波检测设备。
由于未找到具体的资料，超声相控阵技术的检测速度不清楚，但根据各方面资料，超声相控阵检测技术比常规超声检测技术效率更高，速度更快，只需要扫描一次就可完成检测，检测精度可以达到常规超声检测的精度0.1mm，由于超声相控阵是由多个探头发射声波，会对信号造成干扰，并且还有旁瓣等问题，对于信号的采集和处理变得很困难。
而且对于波束的聚焦和偏转控制也是难题。
目前国内的主要超声相控阵探测设备几乎都是进口，只有用于管道焊缝检测的设备，还是实验性质的。