相控阵超声成像与检测设备(课堂PPT)
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4
超声相控阵检测原理
定义
探头阵列
许多较小尺寸的探头单元有序排列成阵列，或者说 将一个大尺寸的探头按规则分割成许多独立小单元 探头的阵列。形成阵列探头。
相位控制
具有独立电子引线的探头单元称为阵元。独立控制 各个阵元的发射和接收的微小延时，使之干涉叠加 形成想要的波阵面。
5
阵列的类型
深度
距离
序 角度 15 2 10 3 15 4 20 5 25 6 30 7 35 8 40 9 45 10 50 11 55 12 60 13 65 14 70 15 75 16 80 17 85
31
声程 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25
在统一灵敏度的平面反射体条件下，独立 检测各个阵元的是否发射，接收灵敏度。
接收灵敏度应在建立延时法则时进行补偿。
27
晶元活性和校准
28
晶元活性测试表
阵元 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
增益
阵元 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
增益
29
阵元 23 24 25 25 27 28 29 30 31 32
21
声束轮廓和聚焦能力
主平面
对每个延时法则，检测深度范围内声束-6dB宽 度沿深度的轮廓线。
在各个延时法则的声束宽度比测量反射体尺寸 相对宽度小于2的范围
非主平面
检测范围内声束-6dB宽度沿深度的轮廓线
22
声束指向极限
23
声束指向极限
24
声束指向极限
25
声束指向极限
26
晶元活性和校准
电脑控制同步延时控制各阵元发射和接收 相位，干涉叠加合成各种波阵面和声束。
11
相控阵的功能
改变声束位移 改变的声束角度 改变聚焦距离和聚焦特性
12
改变声束角度
13
改变聚焦距离
14
改变声束位移
每次发射与接收用相控阵探头的一部分阵 元合成声束
每次发射与接收所用的阵元组合在整个阵 列中依次移位
完成线扫描
15
检测和扫查模式
L-S
相控阵扇扫1.swf
L-D-S L-W-S T-W-S
相控阵扇扫2.swf
L-L
相控阵线扫1.swf 相控阵线扫2.swf
16
相控阵的功能
相控阵技术实现了可动态变化的万能探头。 应用于手动超声检测时通常以B扫描成像方
式显示图象。包括L扫，S扫和组合扫查，还 有二维扫查和相控阵编码器扫查； 应用于自动检测时通常实现任意多个声束 的多通道自动检测。
18
相控阵仪器 的结构
19
相控阵仪器的性能
相控阵单元其他的和非相控阵单元一样的 电子特性可按照E1065或E1324中的描述测 量
相控阵仪器还有特殊的性能参数
20
相控阵仪器的性能参数
声束轮廓和聚焦能力 声束指向能力 晶元活性 软件计算（控制和显示接收信号） 楔块补偿 接收增益线性
17
相控阵仪器的结构
实现流程：同步、发射延时控制、相控阵 探头、探头电缆、接收和信号调理，接收 延时控制，扫描信号合成，数据存储，图 象转换和处理，图象显示和分析。
结构：同步、发射延时控制、相控阵探头、 探头电缆、接收和信号调理，接收延时控 制，扫描信号合成，数字化转换பைடு நூலகம்数据存 储器，嵌入式电脑系统。
增益
软件计算能力 （控制和显示接收信号）
30
序 角度
1
5
2
10
3
15
4
20
5
25
6
30
7
35
8
40
9
45
10 50
11 55
12 60
13 65
14 70
15 75
16 80
17 85
19
控制和显示能力测试表
声程 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50
平面阵列：
一维阵列：线阵，环阵 二维阵列：矩阵，lo-theta阵列
非平面阵列
柱面
6
线阵
7
环阵
8
矩阵
9
lo-theta阵列
10
阵列的特点和作用
有确定的阵元相对位置或电脑通过传感测 知道阵元相对位置。阵元在相位控制作用 方向的尺寸应约是波长数量级，相邻阵元 在相位控制作用方向的中心间距应约是波 长数量级。
相控阵超声成像与检测设备
超声检测设备与器材（五）
1
相控阵超声成像与检测设备
超声波相控阵技术源于电子雷达相控阵技 术
超声波相控阵技术已广泛应用于医用超声 成像与诊断
2000年以来，国际上已有超声波相控阵的 无损检测技术进入实用阶段
超声波相控阵技术为代表的超声成像技术 将给无损检测行业带来新纪元
深度
距离
声线幅度和延时补偿
幅度补偿
因楔块或其他原因，每个延时法则在相同的声 程上灵敏度有差异
延时补偿
因楔块或其他原因，每个延时法则在相同的声 程上回波延时有差异
32
幅度补偿
33
幅度补偿
34
幅度补偿
35
延时补偿
36
延时补偿
37
延时补偿
38
幅度和延时补偿
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
增益
延时
序号 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
增益
延时
序号 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
增益
延时
39
接收增益线性
显示高度线性-放大器线性 幅度控制线性-增益控制精度 时基线性
40
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超声相控阵检测原理
定义
探头阵列
许多较小尺寸的探头单元有序排列成阵列，或者说 将一个大尺寸的探头按规则分割成许多独立小单元 探头的阵列。形成阵列探头。
相位控制
具有独立电子引线的探头单元称为阵元。独立控制 各个阵元的发射和接收的微小延时，使之干涉叠加 形成想要的波阵面。
5
阵列的类型
深度
距离
序 角度 15 2 10 3 15 4 20 5 25 6 30 7 35 8 40 9 45 10 50 11 55 12 60 13 65 14 70 15 75 16 80 17 85
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声程 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25
在统一灵敏度的平面反射体条件下，独立 检测各个阵元的是否发射，接收灵敏度。
接收灵敏度应在建立延时法则时进行补偿。
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晶元活性和校准
28
晶元活性测试表
阵元 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
增益
阵元 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
增益
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阵元 23 24 25 25 27 28 29 30 31 32
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声束轮廓和聚焦能力
主平面
对每个延时法则，检测深度范围内声束-6dB宽 度沿深度的轮廓线。
在各个延时法则的声束宽度比测量反射体尺寸 相对宽度小于2的范围
非主平面
检测范围内声束-6dB宽度沿深度的轮廓线
22
声束指向极限
23
声束指向极限
24
声束指向极限
25
声束指向极限
26
晶元活性和校准
电脑控制同步延时控制各阵元发射和接收 相位，干涉叠加合成各种波阵面和声束。
11
相控阵的功能
改变声束位移 改变的声束角度 改变聚焦距离和聚焦特性
12
改变声束角度
13
改变聚焦距离
14
改变声束位移
每次发射与接收用相控阵探头的一部分阵 元合成声束
每次发射与接收所用的阵元组合在整个阵 列中依次移位
完成线扫描
15
检测和扫查模式
L-S
相控阵扇扫1.swf
L-D-S L-W-S T-W-S
相控阵扇扫2.swf
L-L
相控阵线扫1.swf 相控阵线扫2.swf
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相控阵的功能
相控阵技术实现了可动态变化的万能探头。 应用于手动超声检测时通常以B扫描成像方
式显示图象。包括L扫，S扫和组合扫查，还 有二维扫查和相控阵编码器扫查； 应用于自动检测时通常实现任意多个声束 的多通道自动检测。
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相控阵仪器 的结构
19
相控阵仪器的性能
相控阵单元其他的和非相控阵单元一样的 电子特性可按照E1065或E1324中的描述测 量
相控阵仪器还有特殊的性能参数
20
相控阵仪器的性能参数
声束轮廓和聚焦能力 声束指向能力 晶元活性 软件计算（控制和显示接收信号） 楔块补偿 接收增益线性
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相控阵仪器的结构
实现流程：同步、发射延时控制、相控阵 探头、探头电缆、接收和信号调理，接收 延时控制，扫描信号合成，数据存储，图 象转换和处理，图象显示和分析。
结构：同步、发射延时控制、相控阵探头、 探头电缆、接收和信号调理，接收延时控 制，扫描信号合成，数字化转换பைடு நூலகம்数据存 储器，嵌入式电脑系统。
增益
软件计算能力 （控制和显示接收信号）
30
序 角度
1
5
2
10
3
15
4
20
5
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10 50
11 55
12 60
13 65
14 70
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16 80
17 85
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控制和显示能力测试表
声程 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50
平面阵列：
一维阵列：线阵，环阵 二维阵列：矩阵，lo-theta阵列
非平面阵列
柱面
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线阵
7
环阵
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矩阵
9
lo-theta阵列
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阵列的特点和作用
有确定的阵元相对位置或电脑通过传感测 知道阵元相对位置。阵元在相位控制作用 方向的尺寸应约是波长数量级，相邻阵元 在相位控制作用方向的中心间距应约是波 长数量级。
相控阵超声成像与检测设备
超声检测设备与器材（五）
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相控阵超声成像与检测设备
超声波相控阵技术源于电子雷达相控阵技 术
超声波相控阵技术已广泛应用于医用超声 成像与诊断
2000年以来，国际上已有超声波相控阵的 无损检测技术进入实用阶段
超声波相控阵技术为代表的超声成像技术 将给无损检测行业带来新纪元
深度
距离
声线幅度和延时补偿
幅度补偿
因楔块或其他原因，每个延时法则在相同的声 程上灵敏度有差异
延时补偿
因楔块或其他原因，每个延时法则在相同的声 程上回波延时有差异
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幅度补偿
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幅度补偿
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幅度补偿
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延时补偿
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延时补偿
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延时补偿
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幅度和延时补偿
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
增益
延时
序号 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
增益
延时
序号 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
增益
延时
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接收增益线性
显示高度线性-放大器线性 幅度控制线性-增益控制精度 时基线性
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