超声相控阵检测技术
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X=-6 .5 , Y=-6 .5 --> X =6 .5
– 探头更少 – 机械部分少
超声相控阵检测技术
实验室的相控阵仪器： OminiScan
超声相控阵检测技术
相控阵探头
超声相控阵检测技术
OminiScan的主要性能
• 有两个模块，超声相控阵，电涡流的模块； • 全功能S扫描，A，B，C扫描，图形直观，快捷，方便； • USB接口，RS-232接口，视频输出和以太网接口； • 数据存储卡，接近计算机的人机界面； • 完整的报告设置；
线形阵 1维 线形 阵 2维 矩形 阵
圆形阵 1维 环形 阵 2维 扇形 阵
Y = 1 .9
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X = -3 .9 , Y = -1 .9 --> X = 3 .9
Y=6.5
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• 科研院所：清华，天津大学，西安交大，大连理工，上 海交通大学；
超声相控阵检测技术
相控阵的优点
• 探头尺寸更小； • 检测难以接近的部位； • 检测速度快，检测灵活性更强； • 可实现对复杂结构件和盲区位置缺陷的检测 ； • 通过局部晶片单元组合对声场控制，可实现高速电子扫
描，对试件进行高速，全方位和多角度检测； • 由于以下因素可以节约系统成本：
• 荧光屏上纵坐标代表发射回波的幅度，横坐标代 表发射回波的传播时间，根据缺陷反射波的幅度 和时间确定缺陷的大小和存在的位置。
• B型显示：又称B扫。它以反射回波作为辉度调制 信号，用亮点显示接收信号，在荧光屏上纵坐标 表示波的传播时间，横坐标表示探头的水平位置， 反映缺陷的水平延伸情况；
• B扫能直观显示缺陷在纵截面上的二维特性，获得 截面直观图。
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超声相控阵检测技术
相控阵探头设计参数
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)
超声相控阵检测技术
超声波的扫描和显示
• A型显示：A扫，工业超声检测中应用最多，是目 前脉冲发射式探伤仪最基本的显示方式；
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
OminiScan仪器实际检测的图片
超声相控阵检测技术
压电晶片
• 天然石英晶体、一水硫酸锂晶体、碘酸锂、 铌酸锂、钛酸钡、锆钛酸铅(PZT),钛酸铅、偏 铌酸铅和极化的多晶陶瓷等等。
• 最常用：PZT • 压电效应
超声相控阵检测技术
阵列探头的基本构造
1.压电晶片；2.声阻尼块；3.耦合层； 4.声透镜；5.导线。
超声相控阵检测技术
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。
• 国内的相控阵仪器还没有商品化；
超声相控阵检测技术
相控阵国内应用
• 相控阵技术目前在国内真正做到大量应用的尚只有西气 东输工程，在航空系统和核工业系统等一些部门也有少 量的应用；
• 西气东输：2000年9月在青海湖畔的实验段中，引进的 PipeWIZARD相控阵全自动超声检测系统。2001年，从西 气东输一标段的实验段，截至一标段主体管线完工时， 实际检测了焊缝6919道，其结果和射线底片结果的符合 率达80％以上，还检出了大量在射线底片上不明显的未 熔合缺陷；
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)：
超声相控阵检测技术
相控阵国内研究进展
• 2000年8月由中国石油天然气管道科学研究院等单 位组成了研究开发实体，于2001年5月在中国石油 天然气集团公司申请立项了“大口径环焊缝相控 阵超声波无损检测设备研制”科技开发项目，并 于2003年3月顺利通过了中国石油天然气集团公司 的鉴定，该项目的研制成功填补了国内空白，达 到了国外同类产品的水平。
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
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X = -4.4 , Y = -4 .4 --> X = 4 .4
超声相控阵检测技术
超声波的扫描和显示
• C型显示：又称C扫。以反射回波作为辉度调制信 号，用亮点或者暗点显示接收信号，缺陷回波在 荧光屏上显示的亮点构成被检测对象中缺陷的平 面投影图；
• 这种显示方式能给出缺陷的水平投影位置，但不 能确定缺陷的深度；
• 一般A扫和C扫结合： A扫显示深度信息； C扫显示缺陷形状及当量信息；
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X=-6 .5 , Y=-6 .5 --> X =6 .5
– 探头更少 – 机械部分少
超声相控阵检测技术
实验室的相控阵仪器： OminiScan
超声相控阵检测技术
相控阵探头
超声相控阵检测技术
OminiScan的主要性能
• 有两个模块，超声相控阵，电涡流的模块； • 全功能S扫描，A，B，C扫描，图形直观，快捷，方便； • USB接口，RS-232接口，视频输出和以太网接口； • 数据存储卡，接近计算机的人机界面； • 完整的报告设置；
线形阵 1维 线形 阵 2维 矩形 阵
圆形阵 1维 环形 阵 2维 扇形 阵
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X = -3 .9 , Y = -1 .9 --> X = 3 .9
Y=6.5
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• 科研院所：清华，天津大学，西安交大，大连理工，上 海交通大学；
超声相控阵检测技术
相控阵的优点
• 探头尺寸更小； • 检测难以接近的部位； • 检测速度快，检测灵活性更强； • 可实现对复杂结构件和盲区位置缺陷的检测 ； • 通过局部晶片单元组合对声场控制，可实现高速电子扫
描，对试件进行高速，全方位和多角度检测； • 由于以下因素可以节约系统成本：
• 荧光屏上纵坐标代表发射回波的幅度，横坐标代 表发射回波的传播时间，根据缺陷反射波的幅度 和时间确定缺陷的大小和存在的位置。
• B型显示：又称B扫。它以反射回波作为辉度调制 信号，用亮点显示接收信号，在荧光屏上纵坐标 表示波的传播时间，横坐标表示探头的水平位置， 反映缺陷的水平延伸情况；
• B扫能直观显示缺陷在纵截面上的二维特性，获得 截面直观图。
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超声相控阵检测技术
相控阵探头设计参数
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)
超声相控阵检测技术
超声波的扫描和显示
• A型显示：A扫，工业超声检测中应用最多，是目 前脉冲发射式探伤仪最基本的显示方式；
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
OminiScan仪器实际检测的图片
超声相控阵检测技术
压电晶片
• 天然石英晶体、一水硫酸锂晶体、碘酸锂、 铌酸锂、钛酸钡、锆钛酸铅(PZT),钛酸铅、偏 铌酸铅和极化的多晶陶瓷等等。
• 最常用：PZT • 压电效应
超声相控阵检测技术
阵列探头的基本构造
1.压电晶片；2.声阻尼块；3.耦合层； 4.声透镜；5.导线。
超声相控阵检测技术
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。
• 国内的相控阵仪器还没有商品化；
超声相控阵检测技术
相控阵国内应用
• 相控阵技术目前在国内真正做到大量应用的尚只有西气 东输工程，在航空系统和核工业系统等一些部门也有少 量的应用；
• 西气东输：2000年9月在青海湖畔的实验段中，引进的 PipeWIZARD相控阵全自动超声检测系统。2001年，从西 气东输一标段的实验段，截至一标段主体管线完工时， 实际检测了焊缝6919道，其结果和射线底片结果的符合 率达80％以上，还检出了大量在射线底片上不明显的未 熔合缺陷；
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)：
超声相控阵检测技术
相控阵国内研究进展
• 2000年8月由中国石油天然气管道科学研究院等单 位组成了研究开发实体，于2001年5月在中国石油 天然气集团公司申请立项了“大口径环焊缝相控 阵超声波无损检测设备研制”科技开发项目，并 于2003年3月顺利通过了中国石油天然气集团公司 的鉴定，该项目的研制成功填补了国内空白，达 到了国外同类产品的水平。
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
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X = -4.4 , Y = -4 .4 --> X = 4 .4
超声相控阵检测技术
超声波的扫描和显示
• C型显示：又称C扫。以反射回波作为辉度调制信 号，用亮点或者暗点显示接收信号，缺陷回波在 荧光屏上显示的亮点构成被检测对象中缺陷的平 面投影图；
• 这种显示方式能给出缺陷的水平投影位置，但不 能确定缺陷的深度；
• 一般A扫和C扫结合： A扫显示深度信息； C扫显示缺陷形状及当量信息；