相控阵超声检测系统特性评价的具体要求(二)

４７—５３ ４２——４８
８０
４０
４０
７０
３２—３８
６０
２７—３３
５０
２２—２８
平均化：
Ｈ （％）
波幅控制线 性 △Ｈ
ｄＢ （％）
４０
＋１
４２～４７
４０
＋２
４８～５２
４０
＋４
６０～６６
４０
＋６
７７～８３
４０
—６
４７～５３
４０
１７—２３
３０
１２～１８
２０
７一１３
１０
２—８
注：ＨＩ一第一信号高度；Ｈｚ一第二信号高度；Ｈ一信号高度； ＡＨ２一第二信号高度容许范围；ＡＨ一信号高度容许范围。
（２）确保数据采集的数字化频率至少为
８０ＭＨｚ。 （３）在钢试块中加工一系列横孔；材料声速按
ＡＳＴＭ Ｅ ４９４测试。将此声速值用于聚焦法则。 （４）将相控阵探头置于图８所示试块上。使阵元
阵列中心对准该试块标定的中心线。 （５）按焦距２５ｍｍ扫查，并存储Ｓ扫描图像。 （６）按焦距５０ｍｍ扫查，并存储Ｓ扫描图像。 （７）利用计算机显示调整光标，并以表格形式记
涟
罔Ｉ ３翱控眸仪器线ｒ｝：控骑试块ｌ却湃价仪器特悱１ｆＩ『定制）
（３）就频率和带通滤波器，选用适当脉冲源参 数，使验证线性川的脉冲｜｜Ｊ『波（咀品）探头扶得挝仆 回波信号。
（４）凋竹接收器增益．Ⅲ怍饱和波形！ｌ＾示棚盖信 号．以此对仪器硅乐胖高线性干¨波幅控制线ｔｌｔ进｝ｉ 评价。 ７ ３显示屏高线性评价
适当半径的圆弧线上的横孔。使用为Ｓ扫描设置的 半径，也能对角度变化所固有的回波传输效应进行 校正。
注：若不能进行适当校正。如角度范围太大．以致信号幅度无法 有效校正．则必须将角度范围减小到可作校正的程度。
（９）对不同楔块和不同扫描型式的配置，有关相 控阵探头的动作示意，见图１１。
图１１ 用深度位置一定或半径一定的圆弧面对相控阵探头 作楔块衰减校正
（３）将相控阵探头置于曲面半径已知的试块上。 为此可使用ＩＩＷ试块Ｒ１００ｍｍ或小型试块Ｒ ５０ｍｍ 的圆弧面作为测试靶体。
（４）对设置的第一聚焦法则，选用Ａ扫描显示， 前后移动探头，以从半径选定的圆弧面上获得波幅 最高的反射信号。
（５）调整指示金属声程的延时值，以正确显示所 用圆弧面半径，将聚焦法则有关参数存储起来。
（８）评价楔块衰减补偿时，要求钢中声程保持不 变，以确保只评价起作用的楔块声程变化；对使用 一维线阵列探头的Ｓ扫描，单个横孔会导致每一声 束角度在钢中的传播声程不同，这样就不适于正确 评价楔块衰减校正。一般推荐的测试靶体是分布在 类似于ＩＩＷ试块Ｒ １００ｒａｍ圆弧面上的横孔。对Ｓ 扫描来说，可采用（２）～（６）所述步骤，而不用分布在
（３）校正方法：可按某一时刻的聚焦法则，对衰 减差异和延迟时间进行校验调整；也可配置相应软 件，进行动态校正。对半径５０ｒａｍ圆弧线上的横 孔，可用为５０ｍｍ焦距配置的聚焦法则；而对半径 ２５ｒａｍ圆弧线上的横孔，则用为２５ｒａｍ焦距配置的 聚焦法则。 ６．２楔块衰减校正
（１）以下所述方法导则是针对用一维线阵列探 头作Ｅ扫描或电子光栅扫描时，有关楔块衰减校正 的评价。
（２）为电子光栅扫描要应用的聚焦法则，配置相 控阵系统。
（３）将相控阵探头置于钻有深度位置已知的横 孔试块上（为方便起见，这里使用ＩＩＷ试块中 巾１．５ｒａｍ的横孔作为测试靶体）。
（４）为配置的第一个聚焦法则选用Ａ扫描显 示，将探头前后移动，找到横孔的最大波幅信号。
（５）将横孔回波幅度调至８０％满屏高，并将有 关参数存储到聚焦法则文档中。
（６）将测试结果记人仪器线性校验报告（见表２）。
表２相控阵超声仪线性校验报告（样表）
校验地点： 校验人： 仪器：
脉冲发生 器电压（Ｖ）
脉冲宽度
（ｎｓ）
校验日期：
校验人签字：
耦合方式和耦合剂：
脉冲接收器 （带宽）
接收器滤波
数字化频率（ＭＨｚ）：
显示屏高线性
Ｈｉ
ＡＨ２Βιβλιοθήκη Ｈ，（％）（％） （％）实际
１００ ９０
波幅控制线性通道校验结果：（凡不在容许范围内的校验结 果，均需注明）
通道编号（对３２或６４脉冲发生器一接收器相控阵仪．视需 要，可添加通道编号）
时基线性校验结果（ＩＩＷ试块２５ｒａｍ厚度）
Ｂ。
ｌ
２
３
４
５
６
７
８
９
１０
丁
２５
５０
７５ １００ １２５ １５０ １７５ ２００ ２２５ ２５０
ｔ
△１、
注：Ｂ。一底波次数；Ｔ一相应厚度．ｍｍ；ｔ一相应测量时间｛ ＡＴ一容许偏差：±０．５（填。是；×否）。
（】）将连接到相控ｍ仪器的横渡或纵波探头．耦 台到试块上，获僻｜冬｜１ ｄ所示两同波信号．稠整探头 位置，使两回波信号幅匿分别为硅永胖高度（简称满 屏高）的８０％和１０％。特栩控阵仪器有脉冲㈨波式 单晶探头的设置．则用图１３所ｄｉ专件｛线性校验试块 （装有声阻抗可捌的插ｆ＇１），由两平底孔可状得上述 荫波幅比为２．１的信号。
（４）将探头耦合到选定的校验试块上，以按每个 聚焦法则，从试块底面获得１个回波信号。可使用 ＩＩＷ试块２５ｍｍ厚度部分的底面回波，或图１３所示 专用线性试块２０ｍｍ部分的底面回波。校验可用 直接接触法，也可用水浸法进行。
（５）选用相控阵超声仪脉冲发生器一接收器的 １号通道。用Ａ扫描显示，监视选定靶体（这里是指 试块底面）的回波信号。通过增益调节器，将回波信 号调至４０％满屏高（见图１５）
６．３楔块延迟校正 （１）当使用折射斜楔作Ｅ扫描或Ｓ扫查，或使
用固定厚度的延迟线作Ｓ扫查时，不同聚焦法则涉 及的楔块材料中声程也不同。需要对这种延时差进 行校正，以确保检出信号在投影扫描显示中正确定 位，即令试件中的深度位置和角度得以正确测绘。
（２）为在Ｓ扫查或电子扫描中要用到的聚焦法 则，配置相应的相控阵系统。
图１５相控阵仪器波幅控制线性的校验 （６）将增益按ｌｄＢ、２ｄＢ，再４ｄＢ、６ｄＢ的增量，逐 一加到接收器上。每次递加ｄＢ增量后，又要去掉 添加的增益量值，以使回波信号回到４０％满屏高。 将信号实际高度以满屏高的百分比值记录下来。 （７）将回波信号调至１００％满屏高，去除６ｄＢ增 益量，记录信号实际高度（满屏高百分比）。 （８）在表２所示屏高范围内，容许的信号幅度波 动范围≯±３％满屏高。 （９）对其他脉冲发生器一接收器通道，应重复上 述（５）～（７）的过程。 （１０）某些仪器具有１０比特或１２比特的波幅数 字化特性，其设置还能在门控区读出大于显示屏上 看到的波幅，对此类仪器，可使用大范围的校验点， 因而也可使用门控输出而不用Ａ扫描显示来校验 仪器波幅控制线性。
（６）对每一聚焦法则，重复使横孔回波信号达到 最大并调至８０％满屏高的过程，完成对每一聚焦法 则有关调整参数的文档存储。
（７）上述过程也可用计算机进行，即通过计算机 完成对灵敏度调整的动态评价计算。动态评价只要 求操作者对着横孔前后移动探头，以确保使用的所 有聚焦法则均有横孔标靶移动通过声束。随后，就 由相控阵系统计算，完成楔块衰减校正，以确保每一 聚焦法则检出的横孔回波幅度，均能调整到相同幅 度。
图１２ 用芈径一定的例弧面反射埘棚控阵罐头作延避校正
７相控阵仪器线性的评价
７ １概谜 相控阵超声仪各脉冲发生器和接收器的操作．
基本上与任何单通道超声探伤仪相同。仪器线性要 求可按ＡＳＴＭ Ｅ ３１ ７所述评价。但由于所有相控 阵仪器均有数控特性，再加使用多莆脉冲发‘Ｅ器和 接收器，因此对相控阵仪器要求评价不同于传统堆 通道仪器的线性。
（４）再次调节接收器增益，将第一信号回复到 ８０％满屏高，要确保第二信号不因耦合变化产生波 动，以致偏离４０％满屏高。若第二信号高于４１％或 低于３９％满屏高，则应重新校验。
（５）容许误差：来自两反射体的回波幅度，应保 持２：１的关系，在１０％～１００％。满屏高的范围内， 误差≯±３％满屏高。
｝若１００％饱和．应代之以９９％。
（１）使用接触式线阵列探头，标称频率５ＭＨｚ， 至少有１６阵元，阵元间距≯ｌｍｍ，配置两个单独的 Ｓ扫描的软件：一个±３０。，钢中焦距２５ｍｍ（即声束 在钢中声程２５ｒａｍ处聚焦），另一个±３０。，钢中焦距 ５０ｍｍ（即声束在钢中声程５０ｍｍ处聚焦）。对两组 聚焦法则，编程的角度进阶间隔均取０．５。；所有聚 焦法则应使用１６相邻阵元。
日１ ４ 棚控阵仪器艟示肿耐线性的植验
（２）调竹接收器增益．将上述第一信号调至 １００％满屏高．记录此时第二信弓的百分数值（即满 屏商的々％）。
“＂８№＊＆十ｆｔ《％＃ｎＵｍｍ㈣％ｍ Ｉｏｏ“ｅｍｍ №自信｝。
万方数据
第２期
李衍：相控阵超声检测系统特性评价的具体要求（二）
２５
（３）然后，将第一信号逐步降至１０％满屏高，每 步波幅降ｌｏ％，记录第二信号的相应波高。
（接上期）
５ 相控阵参数和数据显示的计算机控制评价
５．１概述 （１）原理：相控阵的超声声束控制是基于费尔
马原理，即声传播遵循时间最短的行程。此原理可 用于相控阵探头阵元发射的超声波前传播声程的声 线跟踪，以计算出使声束对准特定位置时定时电子 设备所需要的延迟时间。利用费尔马原理，输入材 料声速，就可算出折射角和焦点位置。只要材料声 速准确，算出的声束位置也会准确。
６ 相控阵探头楔块衰减和延迟校正的评价
６．１ 概述
（１）重要性：使用电子扫描或扇形扫描时，各个 脉冲发生器和接收器电子线路之间的差异、探头阵 元之间的差异，均可能引起聚焦法则之间在增益上 的数值变化。而且，发生效率随角度而变化，会因楔 块的自然角度而衰减。当使用折射楔或延迟线时， 楔内声程的差异，会使一些聚焦法则需要加减放大 器增益。因此需要有增益变异的调整方法，以使电 子扫描或Ｓ扫描中的整套聚焦法则”规范化”。
万方数据
第２期
李 衍：相控阵超声检测系统特性评价的具体要求（二）
２３
（２）评价要求：当相控阵探头用延迟线或折射楔 时，声柬变角和投影显示的计算均基于费尔马原理。 这就要求操作者能识别在探头阵元空间中的位置。 这样才能确保阵元到楔块一钢界面的行程距离准确 已知。要验证操作者使用的坐标能提供正确的深度 计算值，以确保显示软件可正确定位检出的显示。
录深度位置、偏离中心线的距离、以及对横孑Ｌ的扫查 角度。对半径５０ｍｍ圆弧线上的横孔，用为５０ｍｍ 焦距设置的聚焦法则所测试的结果；而对半径 ２５ｍｍ圆弧线上的横孔，则用为２５ｍｍ焦距设置的 聚焦法则所测试的结果。
（８）测评结果要求：利用预先编程的软件，将测 评数值与试块中横孔实际位置进行比较。计算机显 示上出现的声程距离，所示横孔位置误差应≯± ０．５ｍｍ。横孔深度位置和偏心位置误差应≯± ０．５ｒａｍ。对横孔的所有扫查角度误差应≯±１．０。。
７．４波幅控制线性评价 （１）１６／６４相控阵仪器由１６个脉冲发生器和接
收器组成，有６４个阵元编址。为确定仪器放大线性 （垂直线性），应对各个脉冲发生器一接收器组元逐 一校验。
（２）选用平面（标称入射点）线阵列相控探头，其 阵元数至少与相控阵超声仪所拥有的脉冲发生器数 等同。
（３）用上述探头，配置相控阵超声仪作电子光栅 扫描。每个聚焦法则只归属于１个阵元；扫描始于 １号阵元，而终于对应于相控阵超声仪中脉冲发生 器数的阵元数。
（２）变量：计算的准确性相关于几个变量，包括： 被检材料声速，探头组件尺寸（阵元尺寸，主频率，楔 内延迟声程），以及影响相位干涉图形的脉冲发生器 的定时准确性。若所有变量都能准确代入相应公 式，则声束应能准确定位。在计算机控制系统，操作 者唯一可获得的证据，就是数据显示。显示图会提 供坐标系统，由此可测出两维或三维人工标靶的回 波位置。将显示图上的理论测绘位置，与特定标靶 的实际已知位置联系起来，是评价组合变量与计算 机算法影响显示准确性的唯一有效方法。 ５．２配置和测试方法
第３５卷第２期 ２０１１年４月
无损探伤
Ｎ ＤＴ
Ｖ０１．３ｊＮｏ．２ Ａｐｒｉｌ．２０１１
相控阵超声检测系统 特性评价的具体要求（二）
李衍 （无锡市锅炉压力容器学会无损检测专委会，江苏无锡 ２１４０２６） 中图分类号：ＴＧｌｌ５．２８ 文献标志码：Ｃ 文章编号：１６７卜４４２３（２０１１）０２—２２－０５
（８）对小角度纵波的聚焦法则．要求定制专用试 块作楔块延迟校正。
（９）适应不同楔块、不同扫描型式设蹬的探头动 作示意．见图１２。
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随ｊ４－．．ｂ
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７ ２配置和测试方法 （１）棚控阵仪器酣Ｗ Ａ十ｆ揣！ｌａ小。 （２）将Ａ扫描时丛线渊划通当范围．以址１；选
定们脉冲叫渡ｆｉｉ譬米验舐线胜。选Ⅲ类似于 ＡＳｌＭ Ｅ ３１ ７所小线性试块．以扯土瞳Ｈ波ｆ二呼．砰价 仪器线性状态。闭ｊ ３ ＩＩＩ为安Ｒ ｒ－社品探头的线性 校验试块。
万方数据
无损探伤
第３５巷
（６）对扫描设定的每一聚焦法则．重复中径一定 的馊ｊ弧面反射渡幅达到最高的过程，在每一延迟值 调好后，将有关参数值存储起来。
（７）上述过程也可用计算机进行．即用计算机完 成有关延时调整动态评价的计算。作动态｜平价时． 操作者只需在试块入射点附近前后移动探头，以确 保使用的所有聚焦法则都能找到与声束角度相应的 一定半径圆弧面上获得最大波幅的声束中心线。