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1、超声相控阵检测技术,马庆超2007-6-18,2,主要内容,1、超声相控阵的发展历史 2、超声相控阵技术的基本原理 3、超声相控阵系统的硬件组成 4、超声相控阵的应用,3,第一章 超声相控阵的发展历史,超声相控阵检测技术已有20多年的发展历史。初期主要应用于医疗领域。自20 世纪90 年代起，超 声相控阵检测成像技术开 始在欧美等国家逐步应用 于工业无损检测。目前，国内对超声相控阵成像技术的研究主要集中在医疗超声相控阵领域，对工业无损检测领域的超声相控阵技术的研究尚处于探索阶段。,4,第二章 超声相控阵技术的基本原理,2.1 超声相控阵换能器的原理超声相控阵换能器的设计基于惠更斯原理。换能器由
2、多个相互独立的压电晶片组成阵列，每个晶片称为一个单元，按一定的规则和时序用电子系统控制激发各个单元，使阵列中各单元发射的超声波叠加形成一个新的波阵面。同样，在反射波的接收过程中，按一定规则和时序控制接收单元的接收并进行信号合成，再将合成结果以适当形式显示。,5,What is a phased array system?,6,2.3 超声相控阵检测技术的特点（1）生成可控的声束角度和聚焦深度（2）可对试件进行高速、全方位和多角度检测（3）不移动探头或尽量少移动探头（4）通常不需要复杂的扫查装置，不需更换探头（5）优化控制焦柱长度、焦点尺寸和声束方向，在分辨力、信噪比、缺陷检出率等方面具有一定的
3、优越性。,第二章 超声相控阵技术的基本原理,7,第三章 超声相控阵系统的硬件组成,3.1 超声相控阵系统组成,8,第二章 超声相控阵技术的基本原理,2.2 相位控制与声束聚焦,相控的目的就是要控制1和2,使得=0。,9,第三章 超声相控阵系统的硬件组成,3.2 阵列探头的种类按压电元件阵列特征,10,第三章 超声相控阵系统的硬件组成,3.2 阵列探头的种类3.2.2 按阵元排列方式,11,第三章 超声相控阵系统的硬件组成,3.2 阵列探头的种类3.2.3 按使用方法和目的 分为线阵列探 头、相控阵探 头和凸形阵列 探头三种。线阵列探头,12,第三章 超声相控阵系统的硬件组成,相控阵探头,13,
4、第三章 超声相控阵系统的硬件组成,凸形阵列探头,14,超声相控阵系统工作原理,15,超声相控阵系统的B扫描显示,Electronic linear scan(B-scan)image showing relative hole position and depth across the length of a linear array,16,The sound beam sweeps through a series of angles to generate an approximately cone-shaped cross-sectional image.It should be not
5、ed that in this example,by sweeping the beam the phased array probe is able to map all three holes from a single transducer position.,17,第三章 超声相控阵系统的硬件组成,3.3 阵列探头的结构和特性3.3.1 基本结构,18,Conventional C-scan image showing hole position,19,第四章 超声相控阵的应用,4.1 超声相控阵检测技术在核工业的应用 在核动力装置及设备中，厚壁工件、粗晶材料和复杂形状工件多，设备和管
6、道中某些焊缝可达性及可检性差而申请免检多。此时，应用相控阵技术可提高检测效率，减少辐照时间，扩大超声检测 应用范围，取得显著 的经济效益和社会效 益。,20,第四章 超声相控阵的应用,4.2超声相控阵检测技术在焊缝斜探伤中的应用(1)用相控阵探头对焊缝作横波斜探伤时，无需象普通单探头那样在焊缝两侧频繁地来回前后移动；而焊缝长度方向的全体积扫查，可借助于装有阵列探头的机械 扫查器沿着精 确定位的轨道 滑动完成，故 可实现高速探 伤。,21,第四章 超声相控阵的应用,4.2 超声相控阵检测技术在焊缝斜探伤中的应用(2)采用充水耦合的焊缝相控阵斜探法；声束扫查方式有两种：一种是扇形扫查，用于检测焊缝
7、；另一种是垂直扫查，用于监视探头表面耦合状态,22,第四章 超声相控阵的应用,4.2 超声相控阵检测技术在焊缝斜探伤中的应用(3)焊缝UT B型、C型和D型显示,23,第四章 超声相控阵的应用,4.3 超声相控阵检测技术在海洋平台结构环焊缝检测中的应用（1）对海洋平台结构特殊构件环焊缝检测，规范允许使用10%20%射线检测和100%的超声检测。但由于射线探伤效率太低，而且还必须具备现场射线防护措施，所以在工程中应用不是很方便；虽然海洋平台结构的超声检测不需防护措施，但手工超声探伤存在重复性和可靠性方面的问题。,24,第四章 超声相控阵的应用,4.3 超声相控阵检测技术在海洋平台结构环焊缝检测中的应用（2）超声相控阵检测成像技术正好克服了以上两种方法的弊端，通过采用超声相控阵探头控制电子扫描，使其在管子周向做机械扫查，实现了高速探伤。而且该法对缺陷的检测能力与传统 超声检测方法相同，但检测结果的 重复性、检测速度、对焊缝几何尺 寸的适应性等方面，都优于传统超 声检测技术。,25,THANKS!,
