相控阵技术的基础原理PPT幻灯片
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c = ve lo c ity in m a te rial
FO C U S D EPTH (PU LSER ) D Y N A M IC F O C U S IN G (R E C E IV E R )
31
动态深度聚焦
DDF 在扫查时 不断为接收信号 重新载入聚焦法 则。 这一操作 靠硬件完成, 所 以很快。 现在
B
束都在晶片波束宽度内
d
sin0.41
d
•点B的效果不好因为波束 超出了晶片的波束宽度
9
波束的产生和聚焦
用不同的延时 激发晶片产生 不同外形的波 束 这是一个纵波 各个晶片延时 相等
10
激活晶片组
电子扫查
探头不作任何机械移动， 而波束沿晶片阵列方向作 电子扫查。
通过对激活晶片组进行多 路延时，使波束产生移动 。
18
相控阵波束形成
相控阵信号处理概述
19
不依靠任何机械运动 就将波束沿阵列的一 个轴线移动的能力。
这种移动是靠晶片的 时间多路传输技术实 现的。
波束的移动取决于探 头的几何外形 可能出 现以下几种情况：
–线形扫查
–扇形扫查
–横向扫查
–以上扫查的组合
电子扫查
20
焊缝电子扫查
21
相控阵焊缝串列扫查
用一个脉冲可以 从0聚焦到100㎜ 深度的地方。
标准的相控阵
动态深度聚焦
32
动态深度聚焦动画
16
相控阵波束形成
Time
Delay Focal law
Wave front
Element
相控阵探头波束偏转 (发射)
– 根据惠更斯原理在楔块中产生超声波束
– 发射过程中通过软件施加精确延时产生带角度波束
17
相控阵波束形成
S
相控阵波束形成 (接收) – 接收过程中通过软件施加精确延时 – 只有符合延时法则的信号保持同相位，并在合计后产 生有效信号。
使用Tomoview 软件使设置更 简单
29
电子/扇形扫查动画
30
动态深 度聚焦 （DDF） 在用一 个脉冲 检测薄 件时十 分有效。
波束在 返回时 重新聚 焦
B e a m d is p la c e m e n t
动态深度聚焦示意图
M e ch a n ic al D isp la ce m e n t
24
28
32
3
7
11
15
19
23
27
31
2
6
10
14
18
22
26
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
30
1
5
9
13
17
21
25
29
X = -3 .9 , Y = -1 .9 --> X = 3 .9
Y=6.5
47 48
30 49 31
17
50 32 18 8
46 45
29 28 44
16
15 27 43 7
51 33 19 9 52 34 20 10
扫查宽度局限于: – 阵列中晶片的数量 – 采集系统支持的通道数 量
11
波束偏转
对横波而言, 延时参数是 “倾斜的” 如图所示。
12
波束偏转和聚焦
图中有阵列里的各 个晶片; 加在每个 晶片上的延时; 产 生的波束在早期、 中期和焦点处的形 状。 为了聚焦和倾斜, 我们采用复合曲线 和抛物线。
13
–– 通通过过带带角角度度楔楔块块的的延延时时使使波波束束角角度度产产生生偏偏 转转
15
常规超声波束形成
Received signal Crystal
A
B
Wedge
C
Material
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。
H
5
相控阵探头设计参数
一个长方形晶片被切割 成许多个小晶片，形成 一维阵列探头，每个小 晶片都可以单独激发。
6
相控阵基础
7
波束聚焦
晶片数量：10
晶片数量：16
孔径：10 x 10mm 孔径：16 x 10mm
晶片数量：32 孔径：32 x 10mm
8
波束形成与晶片波束宽度的关系
A
• 点A 可以因为所有的波
22
扇形(带方位角的) 扫查
扇形扫查 – 不改变位置而改变入射角 – 检测缺陷时很有用。
23
扇形扫查
扇形扫查可以不移动探头就检测整个待检工件 检测表面复杂或空间有限的情况下大有用武之地 一个相控阵探头结合了宽波束探头和多焦点探头 的优势
2...... 1
N
24
扇形扫查图例
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
相控阵波束形成原理
14
常规超声波束形成
Excitation pulse
Crystal
A
B
Wedge
C
Material
Wave front
Delay
A
B
C Location
常常规规超超声声探探头头波波束束角角度度偏偏转转 ((发发射射)) –– 根根据据惠惠更更斯斯原原理理产产生生超超声声波波束束
相控阵培训课程
相控阵工作原理
1
相控阵定义
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换能器晶 片阵列。
2
讨论提纲
相控阵能做什么？
– 线形, 扇形 – 动态深度聚焦 – 线形和 扇形的结合
3
常见的探头阵列几何外形
Y = 8 .0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 14 15 16
线形阵 1维 线形阵 2维 矩形阵
X = -7 .9, Y =-8 .0 --> X = 7.9
Y=4.4
45678911011121314156 3 2 1
• 圆形阵
– 1维 环形阵 – 2维 扇形阵
X = -4.4 , Y = -4 .4 --> X = 4 .4
Y = 1 .9
4
8
12
16
20
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
试块:
EDM槽2 mm x 0.5 mm
27
叶片根部的扇形扫查
28
扇形扫查和线形扫查结合
将两种扫查结 合起来可以得 到独特的视图
3
2
1
4
5
6 14 26 42 13 25 41 61
11
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53 35 21
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54 36
37
38
55
56
57
X=-6 .5 , Y=-6 .5 --> X =6 .5
24 40 60 39 59 58
4
相控阵探头设计参数
A e
p
g
探头参数：
频率 (f) 晶片数量 (n) 晶片阵列方向孔径 (A) 晶片加工方向宽度 (H) 单个晶片宽度 (e) 两个晶片中心之间的间距 (p)
FO C U S D EPTH (PU LSER ) D Y N A M IC F O C U S IN G (R E C E IV E R )
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动态深度聚焦
DDF 在扫查时 不断为接收信号 重新载入聚焦法 则。 这一操作 靠硬件完成, 所 以很快。 现在
B
束都在晶片波束宽度内
d
sin0.41
d
•点B的效果不好因为波束 超出了晶片的波束宽度
9
波束的产生和聚焦
用不同的延时 激发晶片产生 不同外形的波 束 这是一个纵波 各个晶片延时 相等
10
激活晶片组
电子扫查
探头不作任何机械移动， 而波束沿晶片阵列方向作 电子扫查。
通过对激活晶片组进行多 路延时，使波束产生移动 。
18
相控阵波束形成
相控阵信号处理概述
19
不依靠任何机械运动 就将波束沿阵列的一 个轴线移动的能力。
这种移动是靠晶片的 时间多路传输技术实 现的。
波束的移动取决于探 头的几何外形 可能出 现以下几种情况：
–线形扫查
–扇形扫查
–横向扫查
–以上扫查的组合
电子扫查
20
焊缝电子扫查
21
相控阵焊缝串列扫查
用一个脉冲可以 从0聚焦到100㎜ 深度的地方。
标准的相控阵
动态深度聚焦
32
动态深度聚焦动画
16
相控阵波束形成
Time
Delay Focal law
Wave front
Element
相控阵探头波束偏转 (发射)
– 根据惠更斯原理在楔块中产生超声波束
– 发射过程中通过软件施加精确延时产生带角度波束
17
相控阵波束形成
S
相控阵波束形成 (接收) – 接收过程中通过软件施加精确延时 – 只有符合延时法则的信号保持同相位，并在合计后产 生有效信号。
使用Tomoview 软件使设置更 简单
29
电子/扇形扫查动画
30
动态深 度聚焦 （DDF） 在用一 个脉冲 检测薄 件时十 分有效。
波束在 返回时 重新聚 焦
B e a m d is p la c e m e n t
动态深度聚焦示意图
M e ch a n ic al D isp la ce m e n t
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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X = -3 .9 , Y = -1 .9 --> X = 3 .9
Y=6.5
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51 33 19 9 52 34 20 10
扫查宽度局限于: – 阵列中晶片的数量 – 采集系统支持的通道数 量
11
波束偏转
对横波而言, 延时参数是 “倾斜的” 如图所示。
12
波束偏转和聚焦
图中有阵列里的各 个晶片; 加在每个 晶片上的延时; 产 生的波束在早期、 中期和焦点处的形 状。 为了聚焦和倾斜, 我们采用复合曲线 和抛物线。
13
–– 通通过过带带角角度度楔楔块块的的延延时时使使波波束束角角度度产产生生偏偏 转转
15
常规超声波束形成
Received signal Crystal
A
B
Wedge
C
Material
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。
H
5
相控阵探头设计参数
一个长方形晶片被切割 成许多个小晶片，形成 一维阵列探头，每个小 晶片都可以单独激发。
6
相控阵基础
7
波束聚焦
晶片数量：10
晶片数量：16
孔径：10 x 10mm 孔径：16 x 10mm
晶片数量：32 孔径：32 x 10mm
8
波束形成与晶片波束宽度的关系
A
• 点A 可以因为所有的波
22
扇形(带方位角的) 扫查
扇形扫查 – 不改变位置而改变入射角 – 检测缺陷时很有用。
23
扇形扫查
扇形扫查可以不移动探头就检测整个待检工件 检测表面复杂或空间有限的情况下大有用武之地 一个相控阵探头结合了宽波束探头和多焦点探头 的优势
2...... 1
N
24
扇形扫查图例
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
相控阵波束形成原理
14
常规超声波束形成
Excitation pulse
Crystal
A
B
Wedge
C
Material
Wave front
Delay
A
B
C Location
常常规规超超声声探探头头波波束束角角度度偏偏转转 ((发发射射)) –– 根根据据惠惠更更斯斯原原理理产产生生超超声声波波束束
相控阵培训课程
相控阵工作原理
1
相控阵定义
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换能器晶 片阵列。
2
讨论提纲
相控阵能做什么？
– 线形, 扇形 – 动态深度聚焦 – 线形和 扇形的结合
3
常见的探头阵列几何外形
Y = 8 .0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 14 15 16
线形阵 1维 线形阵 2维 矩形阵
X = -7 .9, Y =-8 .0 --> X = 7.9
Y=4.4
45678911011121314156 3 2 1
• 圆形阵
– 1维 环形阵 – 2维 扇形阵
X = -4.4 , Y = -4 .4 --> X = 4 .4
Y = 1 .9
4
8
12
16
20
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
试块:
EDM槽2 mm x 0.5 mm
27
叶片根部的扇形扫查
28
扇形扫查和线形扫查结合
将两种扫查结 合起来可以得 到独特的视图
3
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X=-6 .5 , Y=-6 .5 --> X =6 .5
24 40 60 39 59 58
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相控阵探头设计参数
A e
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探头参数：
频率 (f) 晶片数量 (n) 晶片阵列方向孔径 (A) 晶片加工方向宽度 (H) 单个晶片宽度 (e) 两个晶片中心之间的间距 (p)