超声相控阵检测技术原理
超声相控阵成像技术
中国科技期刊数据库 科研2015年24期 43超声相控阵成像技术陈沈理广东省计量科学研究院，广东 广州 510405摘要：超声相控阵检测技术的应用始于20 世纪60 年代，广泛应用于医学超声成像领域。
超声相控阵是一种通过对超声阵列换能器中各阵元进行相位延时控制，获得灵活可控的合成波束以实现动态聚焦和高速扫查的检测技术。
超声相控阵技术的基本思路来自于雷达电磁波相控阵技术。
相控阵雷达天线是由许多辐射单元排成阵列组成，通过控制阵列天线中各个单元上电流的幅度和相位，得到所需要的方向图和波束指向，或者在一定的空间范围内合成灵活快速的聚焦扫描的雷达波束。
近年来，现代工业诊断与检测技术正向信息化和可视化方向高速发展，数字化超声相控阵检测技术已逐渐成为国内外无损检测研究的热点。
关键词：超声；相控阵；缺陷成像；无损检测 中图分类号：TH878.2 文献标识码：A 文章编号：1671-5780(2015)24-0043-021 引言超声相控阵检测技术的应用始于20世纪60年代，已广泛应用于医学超声成像领域，医学超声成像中用相控阵换能器快速移动声束对被检器官成像，利用其可控聚焦特性局部升温热疗治癌，使目标组织升温并减少非目标组织的功率吸收。
由于该系统复杂且制作成本高，在工业无损检测方面的应用受到限制。
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，如对气轮机叶片和涡轮圆盘的检测、石油天然气管道焊缝检测、核电站检测和航空材料的检测等领域。
目前，国内在超声相控阵技术的研究应用尚处于起步阶段，主要集中于医疗领域。
在工业检测方面还非常落后，主要的设备都依赖于进口，研究远远落后于应用。
2 相控阵探头超声相控阵技术需使用不同形状的多阵元换能器来满足构件检测的需求。
钢管超声相控阵探伤技术
钢管超声相控阵探伤技术1 超声相控阵检测原理我们知道，常规超声探头是通过楔块的角度来控制超声波束的辐射角度的。
超声探头晶片上各点发射的超声波传播到楔块界面的时间不同（如图1（a ）中A 、B 、C 各点），这些新的点源依次延迟向四周辐射超声波，按照惠更斯原理，它们的波前即形成以一定角度传播的超声波波束，如图1（a ）所示。
改变楔块角度即可改变楔块界面上各新点源的延迟时间，进而改变波束的辐射角度。
常规超声探头形成聚焦的原理如图1（b ）所示，探头弧形晶片上各点发射的超声波以相同的时间传播到晶片圆心，在圆心汇聚而形成波束聚焦。
改变弧形晶片的曲率即可改变晶片上各点声波传播到圆心的时间，进而改变探头的焦距。
超声相控阵检测是在传统的超声波检测的基础上发展起来的技术，它是将一些超声晶片单元排列起来组成阵列，工作时，按照事先设定的先后顺序，依次将发射脉冲馈电给各晶片单元。
这些晶片发射的超声波束遵循惠更斯原理，其波前形成一定角度向前传播，如图2（a ）所示，或汇聚在一点或一条线上，如图2（b ）所示。
由此可见，通过控制各发射脉冲的延迟时间，可变换超声波的传播方向和形成聚焦，它们替代了传统超声中楔块的作用和弧形晶片的作用。
这就是相控阵超声波的基本原理。
(a) 声束角度 (b) 聚焦图2 相控阵超声探头的发射(a) 声束角度 (b) 聚焦图1 常规超声探头的发射通过控制晶片阵列的激发时间不仅可以改变超声波的传播方向和使超声波产生聚焦，它还可以使超声波束聚焦在不同的深度上（如图3所示）和改变聚焦波束的偏转角度（如图4所示）。
实际上，在超声相控阵检测中主要就是利用它的两大特点：① 声束角度可控，② 可动态聚焦。
2 钢管超声相控阵检测方法目前，在执行API 标准的石油管的超声波探伤中，要求进行纵伤、横伤，测厚和分层的全覆盖检测。
而在一些技术要求更高情况下还要同时进行斜向伤的检测。
由于超声相控阵检测可以灵活、便捷地控制超声声束的入射角度和聚焦深度，所以无缝钢管中各种取向的缺陷很容易利用超声相控阵方法检测出来。
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。
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PAUT相控阵超声检测技术培训教程
负责发射和接收超声波信号，具有高精度和高效率的 特点。
超声相控阵仪器
用于控制探头、处理数据和显示结果，是PAUT系统的 核心部件。
附件与连接设备
包括连接线、适配器、校准器等，确保系统稳定可靠 地运行。
软件界面功能及使用说明
主界面介绍
展示软件的整体布局和功能模块，方便用户快速 上手。
数据处理与分析
提供多种数据处理方法和分析工具，帮助用户准 确判断缺陷类型和位置。
参数设置与调整
包括探头参数、扫描参数、显示参数等，满足用 户不同的检测需求。
报告生成与导出
支持自定义报告模板和导出格式，方便用户进行 结果记录和分享。
实际操作流程演示
系统启动与连接
介绍如何启动PAUT系统并连接各个部件。
探头校准与设置
PAUT相控阵超声检测技术培 训教程
目
CONTENCT
录
• PAUT相控阵超声检测技术概述 • 相控阵超声检测基础知识 • PAUT系统操作与实践指南 • 典型应用案例分析与讨论 • 质量保证与安全管理要求 • 培训总结与展望未来发展
01
PAUT相控阵超声检测技术概述
PAUT技术定义与原理
定义
软件系统
负责整个检测过程的控制和数 据处理，包括设置检测参数、 实时显示检测图像、分析检测 结果等。
应用领域与优势分析
应用领域
广泛应用于航空、航天、核电、石油化工、铁路交通等领域的 无损检测。适用于各种复杂形状和结构的工件，如管道、焊缝、 复合材料等。
优势分析
与传统超声检测相比，PAUT技术具有更高的检测效率、更准确 的缺陷定位、更可靠的检测结果以及更广泛的适用性。同时， 该技术还可以实现实时成像和在线检测，为工业生产和质量控 制提供了有力支持。
超声波相控阵原理
超声波相控阵原理超声波相控阵是一种利用超声波进行成像和测距的技术，其原理是通过控制多个超声波发射器的相位和幅度，实现对超声波束的控制和聚焦。
相控阵技术具有快速成像、高分辨率和远距离探测等优点，广泛应用于医学影像、无损检测、测距测速等领域。
一、超声波相控阵的基本原理超声波相控阵的基本原理是利用多个发射器和接收器组成的阵列，通过控制每个发射器的相位和幅度，实现超声波的聚焦和定向发射。
具体步骤如下：1. 发射：首先，发射器将电信号转换为超声波信号，并通过控制每个发射器的相位和幅度，实现超声波的聚焦和定向发射。
通过调整相位和幅度，可以改变超声波束的方向和形状，实现对待测物体的定向探测和成像。
2. 传播：超声波经过发射后，会在介质中传播，并与物体相互作用。
在传播过程中，超声波会受到介质的衰减、散射和反射等影响，这些影响会导致超声波在传播过程中的衰减和改变。
3. 接收：超声波到达接收器后，接收器将超声波信号转换为电信号，并通过控制每个接收器的相位和幅度，实现对超声波信号的聚焦和定向接收。
通过对接收信号的处理和分析，可以得到待测物体的信息，如形状、结构和材料等。
二、超声波相控阵的工作原理超声波相控阵的工作原理可以简单分为发射和接收两个过程。
在发射过程中，多个发射器按照预设的相位和幅度依次发射超声波信号，形成一个聚焦的超声波束。
在接收过程中，多个接收器按照预设的相位和幅度接收超声波信号，并通过信号处理和分析得到待测物体的信息。
超声波相控阵的工作原理可以用以下几个步骤来描述：1. 阵列布置：多个发射器和接收器按照一定的规律布置成阵列，形成一个二维或三维的发射接收阵列。
2. 相位控制：通过控制每个发射器和接收器的相位，使得发射的超声波信号和接收的超声波信号在特定的方向上相干叠加。
相位控制可以通过电子开关、延迟线和相位调制等方式实现。
3. 幅度控制：通过控制每个发射器和接收器的幅度，使得发射的超声波信号和接收的超声波信号在发射和接收过程中具有一定的增益和衰减。
相控阵超声波检测原理
相控阵超声波检测原理
相控阵超声波检测是利用超声波的特性，在工业和医疗领域进行缺陷检测和成像使用的一种新型技术。
它可以对物体进行快速、无损的缺陷检测和成像。
接下来我们将详细介绍相控阵超声波检测的原理。
相控阵超声波检测原理
相控阵超声波检测的原理基于声波的传播和反射特性。
在超声波检测中，通过超声探头向被检测物体发送脉冲信号，声波进入物体后，会产生反射。
探头会接收这些反射信号并进行处理，最终形成被检测物体的图像。
相控阵超声波检测是利用多个探头同时向被检测物体发送超声波，然后对接收到的数据进行计算和处理，从而形成物体的三维图像。
相比传统的超声波检测技术，相控阵超声波检测具有以下优势：
1.快速成像：相控阵超声波检测可以同时采集多个探头发送的信号，并通过计算和处理快速构建被检测物体的三维图像。
2.高精度检测：相控阵超声波检测可以将声束控制在较小范围内，从而减小误差和漏检率，提高检测精度。
3.非破坏性检测：相控阵超声波检测不会破坏被检测物体的结构，因此适用于对含有细小缺陷的物体的检测，例如钢管和铸件等。
4.广泛应用：相控阵超声波检测已广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑、医疗等领域。
总之，相控阵超声波检测是一种非常重要的超声检测技术。
它可以快速、精确地检测物体的缺陷，并生成可视化的三维图像，为工业和医疗领域提供了重要的帮助。
相控阵超声波检测方法
相控阵超声波检测方法相控阵超声波检测方法是一种非破坏性检测技术，广泛应用于工业领域和医学诊断。
下面列举50条关于相控阵超声波检测方法，并展开详细描述：1. 相控阵超声波检测方法是利用电子器件控制多个发射和接收超声波的晶片，通过改变发射和接收的角度来形成各种探测波束，从而实现全方位的检测。
2. 该方法可以实现对材料内部缺陷和结构的立体扫描，提高了检测的灵敏度和准确性。
3. 相控阵超声波检测方法可以应用于金属、塑料、复合材料等各类材料的缺陷检测。
4. 此方法也可用于医学领域的超声诊断，例如检测心脏、血管和肿瘤等。
5. 相控阵超声波检测方法可以实现实时成像功能，对于复杂结构的检测非常有优势。
6. 该方法可以通过不同的超声波频率和传播模式来实现对不同类型缺陷的检测，例如声表面波、剪切波等。
7. 相控阵超声波检测方法具有高分辨率和高灵敏度的特点，可以检测到微小缺陷并进行精确定位。
8. 由于其无损检测的特性，该方法可以在材料生产和使用过程中进行周期性检测，有利于提前发现和修复缺陷。
9. 相控阵超声波检测方法可以通过计算机辅助分析和处理数据，实现对检测结果的快速解释和报告生成。
10. 该方法的设备通常小巧轻便，可以适应不同场合和环境的检测需求。
11. 相控阵超声波检测方法在航空航天领域得到广泛应用，用于飞机结构和发动机部件的缺陷检测。
12. 在汽车制造和维修领域，该方法可用于检测车身板材、焊缝和零部件的质量。
13. 该方法还可应用于管道和容器等设备的安全评估和完整性检查。
14. 相控阵超声波检测方法还可以用于检测焊接接头的质量，包括焊接缺陷和焊接残余应力等。
15. 在工程结构的监测中，该方法可以实现对构件的裂纹和变形进行实时跟踪。
16. 该方法可用于检测混凝土结构中的裂缝、空洞和腐蚀等缺陷。
17. 相控阵超声波检测方法还可用于检测塑料制品的厚度、密度和异物等。
18. 在医学诊断中，该方法可用于检测胎儿的发育情况、心脏疾病和乳腺肿块等。
相控阵超声检测技术在核电厂推广初步研究
相控阵超声检测技术在核电厂推广初步研究相控阵超声技术是一种先进的无损检测技术，其在核电厂中的应用具有重要意义。
本文将对相控阵超声检测技术在核电厂推广的初步研究进行介绍，并分析其在核电厂中的应用前景。
一、相控阵超声检测技术概述相控阵超声检测技术是一种利用多元素超声换能器阵列进行探测的技术。
其工作原理是通过对换能器阵列中的每个元素进行精确的时间控制，可以实现不同角度和深度的声束发射和接收。
通过对接收信号的合成和处理，可以得到被检测物体内部的结构信息，达到高分辨率的无损检测效果。
相控阵超声技术具有灵活性高、信息量大、分辨率高等优点，已经广泛应用于航空航天、医学、工程结构等领域。
在核电领域，相控阵超声技术的应用也具有重要的意义。
相控阵超声技术在核电厂中的应用主要体现在以下几个方面：1. 材料表面和界面的无损检测相控阵超声技术可以实现对材料表面和界面的高分辨率无损检测，可以发现微小的裂纹、疲劳损伤等缺陷，为核电设备的安全运行提供重要的支持。
2. 核电设备的结构健康监测相控阵超声技术可以对核电设备的结构健康进行实时监测，及时发现设备的变形、裂纹等问题，确保设备的安全运行。
3. 核电设备的在线检测相控阵超声技术可以实现对核电设备的在线检测，不需要停机就可以进行全面的无损检测，提高了设备的利用率和安全性。
三、相控阵超声技术在核电厂中的推广初步研究尽管相控阵超声技术在核电领域的应用前景十分广阔，但是其推广过程中还面临一些问题和挑战。
1. 技术标准的统一相控阵超声技术的应用需要制定相应的技术标准和规范，确保其在核电厂中的准确性和可靠性。
目前，相关标准和规范还需要进一步完善和统一。
3. 设备和技术的普及相控阵超声技术的推广需要大量的设备投入和技术支持。
核电厂需要加大对相控阵超声技术设备和技术的投入，提高其在核电厂中的普及率。
1. 提高核电设备的安全性相控阵超声技术可以发现微小的裂纹和缺陷，提高了核电设备的安全性和可靠性，为核电厂的安全运行提供了有力的支持。
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超声相控阵检测技术原理
超声相控阵检测技术是一种利用超声波进行非破坏性检测的技术。
其原理是通过将单个超声源和接收器组成一个阵列，并精确控制每个超声源的激发时间和接收时间，从而控制超声波的发射方向和接收方向。
具体工作原理如下：
1. 通过超声发射器发射超声波。
每个超声发射器产生一个超声波束，多个超声发射器工作时形成一个超声波束阵列。
2. 超声波经过被测物体后，被物体吸收、散射或反射。
如果有缺陷存在，超声波将被缺陷反射或散射。
3. 接收器接收并记录超声波的回波信号。
超声发射器和接收器之间的时间差可用于测量超声波经过被测物体的旅行时间，从而计算出缺陷的位置和大小。
4. 使用相控技术调整超声阵列中每个超声发射器和接收器的激发时间和接收时间，使得超声波能够在特定角度范围内聚焦和辐射。
通过改变发射器和接收器的激发时间和接收时间，可以改变超声波的发射和接收角度，从而获得更多方向上的信息，提高检测的准确性和效率。
总的来说，超声相控阵检测技术利用精确控制超声波的发射和接收方向，通过测量超声波的回波信号来检测物体的缺陷位置和大小。
该技术具有高灵敏度、高分辨率和高精度的特点，在非破坏性检测领域有广泛应用。