相控阵原理 ppt课件

1 技术背景
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规范化的应用情况
ASME CC 2235-8、9明确是可用于替代射线检测的方法之一 ASTM E1961-1998相控阵技术可用于天然气管线焊缝分区聚焦超声检测 DNV-OS-F101允许相控阵技术用于海上石油管线建设焊缝分区聚焦超声
检测 中石油《管道对接环焊缝全自动超声波检测》企业标准
• 2001年，我国首次在国家重点工程——西气东输中应用 了相控阵技术，即PIPEWIZARD全自动超声检测系统。
中国数字超声，始于中科院，一九八八！
1 技术背景
研究历史
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• 相控阵技术广泛应用于各医院的B超检测中，精确测量人体各器官位置及尺寸变化；
B超
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1 技术背景
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研究历史
• 现在逐渐被用于工业检测中，用于航空航天、石油化工、船舶、输油管 道、锅炉压力容器、钢结构及异型对接焊缝等动态图像化检测。
B超
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1 技术背景
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国内外研究现状 ——超声相控阵
2 超声相控阵检测原理
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相控阵的功能
➢ 改变声束位移 ➢ 改变声束角度 ➢ 改变聚焦距离和聚焦特性 ➢ 电子扫描 ➢ 电子扫描成像
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2 超声相控阵检测原理
基本概念
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探头阵列 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。
相位控制 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。
聚焦规则 通过设置声束的折射角度、激励晶片数量、晶
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2 超声相控阵检测原理
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叠加原理
波动相干叠加 在线性范围内多个波源形成的振动是各 个波源形成振动的线性叠加
推论 整个探头的声场是探头作用面元声场传 输函数的积分 空间各个位置的总声场是每个阵元在该 位置产生的声场的干涉叠加。
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A型超声波检测过程
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2 超声相控阵检测原理
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超声波检测设备的基本类别及技术发展
压电超声 （要求耦合）
脉冲反射
A型检测仪
电磁超声 （无需耦合）
衍射时差
TOFD检测仪
合成声束
相控阵检测仪
自机动械化+检测 检测系 统
超声相控阵检测技术原理
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CONTENTS
中国数字超声，始于中科院，一九八八！
2 超声相控阵检测原理
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超声相控阵检测
使用微型探头阵列产生超声波束，通 过建立聚焦规则使电子装置控制每个阵列 单元的发射和接收时间，从而产生出多个 超声波束，通过控制阵列的激发和接收时 间，控制波束角度、聚焦深度、聚焦尺寸 等，实现工件的快速扫描成像。
适用材料
• 碳钢； • 铝材； • 奥氏体不锈钢； • 异种钢； • 碳纤维； • 玻璃纤维； • 铸件等等；
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1
技术背景
2
超声相控阵检测原理
3
相控阵探头
4
相控阵扫描聚焦法则
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研究历史
• 相控阵技术最早应用于军事雷达站，用于全方位不间断的目标搜索；
• 一类通过改变天线表面阵列所发出波束的合成方式，来改变波束扫描方向的雷达。
有源电子扫描阵列雷达（active electronically scanned array，AESA) 无源电子扫描阵列雷达（passive electronically scanned array，PESA)
主要用于异型构件及其它复杂构建的检测检测（角焊 缝、管座焊缝、Ｔ型焊缝等）；
可以应用于目前常规脉冲反射法可以应用的领域（焊 缝、棒材、坯材等）。
适用结构
• 平板对接焊缝； • 角焊缝； • 板板TKY焊缝； • 管管TKY焊缝； • 轴铸锻件； • 螺栓； • 管纵、环焊缝； • 涡轮叶片； • 简单或复杂构件
机械式雷达
相控阵雷达
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1 技术背景
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研究历史
• 上个世纪20年代初，著名的原苏联科学家萨卡洛夫 S.J.Sokolov对超声成像进行了近20年的研究，并于1935 年完成了液面成像装置
• 1959年，Tom Brown在Kelvin和Hughes注册了一项环形动 态聚焦探头的专利，后来被称为相控阵。
德国K.K公司、英国SONOMATIC公司、日本 CANON、美国PAC公司
浙江大学现代制造工程研究所、成都无损检 测系统工程公司、北京航空材料研究院无损检 测研究室、武汉中科创新技术公司
♦缺陷回波的提取
♦波的模式转换与识别
♦信号压缩
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超声相控阵检测原理
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相控阵探头
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相控阵扫描聚焦法则
2 超声相控阵检测原理
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超声检测理论
惠更斯原理 脉冲反射检测
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2 超声相控阵检测原理
中国数字超声，始于中科院，一九八八！
2 超声相控阵检测原理
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相控阵技术的优点
相控阵技术相对于X线检测技术优势：
１）耗材成本小，使用成本低； ２）检测结果更全面，各维数据显示全面，判性信息更加齐全； ３）超声检测更加环保，现场使用更加方便； ４）现场操作简单，扫查速度快，检测效率高。