相控阵超声成像与检测设备(课堂PPT)
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超声相控阵检测技术ppt课件
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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15
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；
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13
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)
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14
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；
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。
相位延时是实现超声相控阵原理的基本环节, 在相控发射中，需要精确控制相位延时，以 实现动态聚焦、相位偏转、相位偏转、声束 形成等各种相控效果；
理论分析显示，只有尽力提高相位延时的精 度、分辨率和稳定性，才能显著地抑制旁瓣， 提高声束的横向和纵向分辨力，改善成像清 晰度。
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26
相控阵相位延迟的方法
相控发射数字高精度延时模块的设计分为 两部分，一部分是基于复杂可编程逻辑器 件(CPLD)的粗延时，粗延时一般基于晶振 时钟计数，延时值为时钟周期的整数倍， 通常为 10ns以上。
另一部分是在粗延时的基 础上基于可编程
数字延迟线的细延时，细延时量为采样周
期的小数 倍，一般能达到10ns以内的延时
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；
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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)
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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；
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。
相位延时是实现超声相控阵原理的基本环节, 在相控发射中，需要精确控制相位延时，以 实现动态聚焦、相位偏转、相位偏转、声束 形成等各种相控效果；
理论分析显示，只有尽力提高相位延时的精 度、分辨率和稳定性，才能显著地抑制旁瓣， 提高声束的横向和纵向分辨力，改善成像清 晰度。
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26
相控阵相位延迟的方法
相控发射数字高精度延时模块的设计分为 两部分，一部分是基于复杂可编程逻辑器 件(CPLD)的粗延时，粗延时一般基于晶振 时钟计数，延时值为时钟周期的整数倍， 通常为 10ns以上。
另一部分是在粗延时的基 础上基于可编程
数字延迟线的细延时，细延时量为采样周
期的小数 倍，一般能达到10ns以内的延时
相控阵原理 ppt课件
35
3 相控阵探头
相控阵技术
武汉中科创新技术股份有限公司
10mm
0.1 0.2 0.3 0.4mm 缺陷自身高度
缺陷之间的距离 = 10 mm
右图可以看出相控阵图像的缺陷大小依 次增大，说明相控阵技术的分辨率高。
中国数字超声，始于中科院，一九八八！
36
3 相控阵探头
武汉中科创新技术股份有限公司
常规探头
中国数字超声，始于中科院，一九八八！
9
1 技术背景
武汉中科创新技术股份有限公司
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
中国数字超声，始于中科院，一九八八！
10
1 技术背景
武汉中科创新技术股份有限公司
国内外研究现状 ——超声相控阵
中国数字超声，始于中科院，一九八八！
16
2 超声相控阵检测原理
武汉中科创新技术股份有限公司
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。
中国数字超声，始于中科院，一九八八！
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3 相控阵探头
相控阵技术
武汉中科创新技术股份有限公司
常量
使用相控阵仪器和探头声束角度可以被改变. 单个探头就可以覆盖全部焊缝检测区域
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3 相控阵探头
相控阵技术
武汉中科创新技术股份有限公司
2 1
2024年度-pa相控阵检测培训课件
车辆关键部件检测
利用相控阵技术对铁路车辆轴承、齿轮箱等关键部件进行检测， 确保车辆安全运行。
14
04
相控阵检测设备与系统
15
设备组成及功能介绍
探头
用于发射和接收超声波 信号，具有多种频率和 尺寸可选，以适应不同
的检测需求。
主机
控制探头的运动和信号 的处理，提供用户界面
和数据显示功能。
软件
附件
用于设置检测参数、控 制设备运行、分析数据
18
05
相控阵检测实验与案例分析
19
实验目的和要求说明
01
02
03
04
掌握相控阵检测的基本原理和 方法
了解相控阵检测系统的组成和 工作原理
熟悉相控阵检测实验的操作步 骤和注意事项
能够独立完成相控阵检测实验 ，并对实验结果进行分析和处
理
20
实验步骤和注意事项讲解
实验步骤 准备实验器材和试样
搭建相控阵检测系统
波束，实现动态波束形成。
多波束形成
相控阵技术可以通过同时控制多 个阵列，形成多个独立的波束，
实现多目标或多区域的检测。
自适应波束形成
相控阵技术可以根据环境条件和 目标特性，自适应地调整波束形 状和指向，提高检测的准确性和
可靠性。
9
实时成像与数据处理
实时成像
01
相控阵技术采用高速数字信号处理技术，可以实现实时数据采
采用相控阵检测技术对机翼进行扫描，通过数据 分析确定裂纹位置和大小
25
案例分析：成功解决复杂问题实例
实施效果
成功检测出机翼裂纹，为后续维修工作提供了准确的数据支持
案例二
某型导弹弹头质量检测
问题描述
利用相控阵技术对铁路车辆轴承、齿轮箱等关键部件进行检测， 确保车辆安全运行。
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04
相控阵检测设备与系统
15
设备组成及功能介绍
探头
用于发射和接收超声波 信号，具有多种频率和 尺寸可选，以适应不同
的检测需求。
主机
控制探头的运动和信号 的处理，提供用户界面
和数据显示功能。
软件
附件
用于设置检测参数、控 制设备运行、分析数据
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05
相控阵检测实验与案例分析
19
实验目的和要求说明
01
02
03
04
掌握相控阵检测的基本原理和 方法
了解相控阵检测系统的组成和 工作原理
熟悉相控阵检测实验的操作步 骤和注意事项
能够独立完成相控阵检测实验 ，并对实验结果进行分析和处
理
20
实验步骤和注意事项讲解
实验步骤 准备实验器材和试样
搭建相控阵检测系统
波束，实现动态波束形成。
多波束形成
相控阵技术可以通过同时控制多 个阵列，形成多个独立的波束，
实现多目标或多区域的检测。
自适应波束形成
相控阵技术可以根据环境条件和 目标特性，自适应地调整波束形 状和指向，提高检测的准确性和
可靠性。
9
实时成像与数据处理
实时成像
01
相控阵技术采用高速数字信号处理技术，可以实现实时数据采
采用相控阵检测技术对机翼进行扫描，通过数据 分析确定裂纹位置和大小
25
案例分析：成功解决复杂问题实例
实施效果
成功检测出机翼裂纹，为后续维修工作提供了准确的数据支持
案例二
某型导弹弹头质量检测
问题描述
超声相控阵技术简介课件
其他应用案例详解
超声相控阵技术在其他领 域的应用
除了医疗和无损检测领域，超声相控阵技术 还可以应用于其他领域，如军事、环保等。 例如，在军事领域，超声相控阵技术可以用 于探测潜艇、水雷等目标；在环保领域，可 以用于水质监测、土壤污染调查等。
案例介绍
以水质监测为例，超声相控阵技术可以对水 体中的悬浮物、有机物等进行快速、准确的
相控阵技术基础知识
相控阵技术的定义
相控阵技术是一种利用相位差控制波束指向的技术，通过控制阵列中各个天线元 素的相位差，可以实现波束的动态扫描。
相控阵技术的应用
相控阵技术被广泛应用于雷达、声纳、无线通信等领域，可以实现高性能的定向 传输和信号处理。
03
超声相控阵技术设备与系统
超声相控阵探头及扫描系统
下领域
石油工业：在石油工业中，超 声相控阵技术可以用于检测油 井套管、管道等设备的缺陷。
电力工业：在电力工业中，超 声相控阵技术可以用于检测变 压器、电机等设备的内部缺陷
。
航空航天：在航空航天领域， 超声相控阵技术可以用于检测 飞机、火箭等飞行器的结构完
整性。
05
超声相控阵技术发展趋势与挑 战
超声相控阵技术发展趋势
无损检测案例详解
超声相控阵技术在无损检测领域的应用
超声相控阵技术可以用于材料和结构的无损检测，如航空航天、汽车制造等领域。通过相控阵技术， 可以对材料和结构进行快速、准确的检测，确保产品的质量和安全。
案例介绍
以航空航天领域为例，超声相控阵技术可以对飞机发动机叶片进行无损检测，检测叶片的裂纹、气孔 等缺陷，确保飞机的安全运行。
检测，为环境保护提供科学依据。
THANKS
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相控阵原理 ppt课件
1 技术背景
武汉中科创新技术股份有限公司
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
武汉中科创新技术股份有限公司
• 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
中国数字超声，始于中科院，一九八八！
中国数字超声，始于中科院，一九八八！
1 技术背景
武汉中科创新技术股份有限公司
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
中国数字超声，始于中科院，一九八八！
1 技术背景
武汉中科创新技术股份有限公司
国内外研究现状 ——超声相控阵
2 超声相控阵检测原理
武汉中科创新技术股份有限公司
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
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
基本概念
武汉中科创新技术股份有限公司
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，
超声波相控阵检测技术及其使用ppt课件
4
常 见 心 律 失 常心电 图诊断 的误区 诺如病 毒感染 的防控 知识介 绍责任 那些事 浅谈用 人单位 承担的 社会保 险法律 责任和 案例分 析现代 农业示 范工程 设施红 地球葡 萄栽培 培训材 料
新一代相控阵技术
经过角度增益 补偿后的成像 显示
5
常 见 心 律 失 常心电 图诊断 的误区 诺如病 毒感染 的防控 知识介 绍责任 那些事 浅谈用 人单位 承担的 社会保 险法律 责任和 案例分 析现代 农业示 范工程 设施红 地球葡 萄栽培 培训材 料
常 见 心 律 失 常心电 图诊断 的误区 诺如病 毒感染 的防控 知识介 绍责任 那些事 浅谈用 人单位 承担的 社会保 险法律 责任和 案例分 析现代 农业示 范工程 设施红 地球葡 萄栽培 培训材 料
超声波相控阵检测技术及其 应用
1
常 见 心 律 失 常心电 图诊断 的误区 诺如病 毒感染 的防控 知识介 绍责任 那些事 浅谈用 人单位 承担的 社会保 险法律 责任和 案例分 析现代 农业示 范工程 设施红 地球葡 萄栽培 培训材 料
典型应用：叶片检测
9
常 见 心 律 失 常心电 图诊断 的误区 诺如病 毒感染 的防控 知识介 绍责任 那些事 浅谈用 人单位 承担的 社会保 险法律 责任和 案例分 析现代 农业示 范工程 设施红 地球葡 萄栽培 培训材 料
传统工业相控阵成像
传统工业相控阵成像
3
常 见 心 律 失 常心电 图诊断 的误区 诺如病 毒感染 的防控 知识介 绍责任 那些事 浅谈用 人单位 承担的 社会保 险法律 责任和 案例分 析现代 农业示 范工程 设施红 地球葡 萄栽培 培训材 料
■ 然而相控阵技术从医疗领域向工业领域跃进的过程存在着很多技术难题无法 解决，因此最早的工业相控阵设备都是直接把医疗相控阵方法直接照搬到工业机 型上面。这种技术的应用和成像描绘的模式对于工业探伤来说，存在着很多隐患 和需要改进的问题。
常 见 心 律 失 常心电 图诊断 的误区 诺如病 毒感染 的防控 知识介 绍责任 那些事 浅谈用 人单位 承担的 社会保 险法律 责任和 案例分 析现代 农业示 范工程 设施红 地球葡 萄栽培 培训材 料
新一代相控阵技术
经过角度增益 补偿后的成像 显示
5
常 见 心 律 失 常心电 图诊断 的误区 诺如病 毒感染 的防控 知识介 绍责任 那些事 浅谈用 人单位 承担的 社会保 险法律 责任和 案例分 析现代 农业示 范工程 设施红 地球葡 萄栽培 培训材 料
常 见 心 律 失 常心电 图诊断 的误区 诺如病 毒感染 的防控 知识介 绍责任 那些事 浅谈用 人单位 承担的 社会保 险法律 责任和 案例分 析现代 农业示 范工程 设施红 地球葡 萄栽培 培训材 料
超声波相控阵检测技术及其 应用
1
常 见 心 律 失 常心电 图诊断 的误区 诺如病 毒感染 的防控 知识介 绍责任 那些事 浅谈用 人单位 承担的 社会保 险法律 责任和 案例分 析现代 农业示 范工程 设施红 地球葡 萄栽培 培训材 料
典型应用：叶片检测
9
常 见 心 律 失 常心电 图诊断 的误区 诺如病 毒感染 的防控 知识介 绍责任 那些事 浅谈用 人单位 承担的 社会保 险法律 责任和 案例分 析现代 农业示 范工程 设施红 地球葡 萄栽培 培训材 料
传统工业相控阵成像
传统工业相控阵成像
3
常 见 心 律 失 常心电 图诊断 的误区 诺如病 毒感染 的防控 知识介 绍责任 那些事 浅谈用 人单位 承担的 社会保 险法律 责任和 案例分 析现代 农业示 范工程 设施红 地球葡 萄栽培 培训材 料
■ 然而相控阵技术从医疗领域向工业领域跃进的过程存在着很多技术难题无法 解决，因此最早的工业相控阵设备都是直接把医疗相控阵方法直接照搬到工业机 型上面。这种技术的应用和成像描绘的模式对于工业探伤来说，存在着很多隐患 和需要改进的问题。
超声相控阵技术简介ppt课件
二维阵列
矩阵
lo-theta阵列
阵元数大。 阵元小。 二维控制。
准二维阵列
矩阵
周向环阵
阵元数不大。 阵元不小。 二维控制。
声束位置控制
• 控制阵列探头各晶片的开 关，使开启的晶片组合的 中心位置改变，从而改变 产生和接收的超声波轴线 位置，实现声束位置的控 制。
声束角度控制
• 沿阵列的排列方向各晶片的 位置线性控制其发射和接收 的相位延时，使各晶片波前 叠加后如同平面探头转动了 一个方向后产生的波前，实 现声束的角度控制
的 投影图像
P扫描 E（End）端视
T（Top）顶视
S（Side）侧视
扇扫（S扫）
电子栅格扫查（E扫）
• 横向分辨率高，能实现较长距离的一维电子扫查 • 线扫的探头一般在扫描方向较大
扇扫（S-Scan）
• 相控阵扇扫一般指固定声束位置，连续偏转合成声束的角度， 记录每个声束的A扫波形数据，以声束扫描角度和回波传输延 时确定像素的位置，回波幅度确定像素的亮度或彩色，显示所 有回波记录的过程。形成的图像外形像一个扇面叫扇扫图像。
相控阵超声技术应用介绍（一） 简介
相控阵超声
• 相位控制的探头阵列 • 控制检测声束的特性
• 位置 • 偏角 • 聚焦
技术特征
• 单晶探头检测声场特性
• 整体辐射 • 单一指向性 • 单一声束特性
• 相控阵探头检测声场特性
• 可控部分辐射 • 可控偏角指向 • 可控聚焦
一维阵列
线阵
径向环阵
阵元数少。 阵元大。 功能单一。
• 合成声束
• 发射整体波阵面合成 • 接收信号延时合成
合成孔径（ Synthetic Aperture）
超声成像及检查方法 PPT
腹部凸阵探头 心脏探头
高频探头 穿刺探头
探头使用的注意事项 : (1)探头的装拆都应关断整机电源后进行。 (2) 检查暂停时应及时冻结仪器。 (3)有些探头严禁接触某些有机溶剂。 (4)用非油性、无腐蚀性的耦合剂。 (5)非水密封探头不能浸水使用。 (6)不得高温消毒。 (7) 防止划损探头。
(二)超声脉冲回波成像原理
1、多普勒效应
声源与接收器在连续介质中存在着相对运动 时声波频率将发生改变的现象称为多普勒效应,声 波频率的差异叫频移(fd)。
2、多普勒效应频移公式
fdfRf0Fra bibliotek2vcos
c
f0
fd: 频移;fo :入射超声频率;fR:反射超声频 率;v:反射体运动速度;c:声速(人体软组织超声平均 声速为1540m/s);θ:运动方向与入射声束间的夹角。
20世纪80年代初期彩色多普勒血流显示(CDFI)出现,并把彩色 血流信号叠加于二维声像图上,不仅能直观地显示心脏与血管 内的血流方向与速度,并使多普勒频谱的取样快速便捷,80 ~ 90年代以来超声造影、二次谐波与三维超声的相继问世,更使 超声诊断锦上添花。
(三)超声发展趋势
超声医学在医学诊断、治疗等方面都有着广阔的前景。 70年代后出现的各种带有数字扫描转换器(DSC)与中央处理 器(CPU)的高性能B型超声诊断仪、超声心动图、彩色多普 勒血流显像仪等三功能或多功能超声诊断系统。超声也由原 来的一维变为现在广泛使用的二维实时B型超声显像;近来 超声也开始使用三维图象。差不多广泛使用的有妇产科用的 三维容积扫描方式与脏器的实时三维扫描方式等,随着技术 的提高心脏的实时三维也被广泛应用到临床。
超声成像及检查方法
概论 第一节 超声医学基础 第二节 超声检查技术 第三节 超声质量控制
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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
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
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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
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
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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
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声束指向极限
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声束指向极限
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声束指向极限
26
晶元活性和校准
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，数据存 储器，嵌入式电脑系统。
2
3
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
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
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
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。
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
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
41
42
43
44
45
46
47
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
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
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
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
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，数据存 储器，嵌入式电脑系统。
2
3
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
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
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
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。
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
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
41
42
43
44
45
46
47