超声相控阵相关知识
相控阵超声检测知识点总结
相控阵超声检测知识点总结相控阵超声检测是一种先进的无损检测技术，已广泛应用于航空航天、国防军工、工业制造等领域。
它利用多个超声传感器和复杂的信号处理技术，能够实现高分辨率、高灵敏度的缺陷检测，并具有全方位、多角度探测能力。
本文将对相控阵超声检测的原理、优势和应用进行详细介绍。
原理相控阵超声检测利用多元超声传感器阵列，通过控制传感器的相位，实现超声波束的聚束和聚焦。
这种技术能够精确控制超声波的传播方向和波束形状，从而实现对被测物体的全方位、高分辨率检测。
相控阵超声检测的原理可以简单概括如下：1. 多元传感器阵列：相控阵超声检测系统由多个超声传感器组成，这些传感器通常排布成矩阵状或圆形，以实现全方位检测。
2. 相位控制：通过调节传感器的相位，可以控制并调整超声波束的方向和形状。
这样就能够实现在不同角度、不同深度对被测物体进行定位和检测。
3. 信号处理：利用复杂的信号处理技术，将传感器接收到的超声波信号进行合成、滤波和成像处理，最终得到高分辨率的缺陷图像。
优势相控阵超声检测相对于传统的超声检测技术，具有以下优势：1. 高分辨率：相控阵超声检测能够实现对被测物体的高分辨率成像，能够清晰地显示缺陷、裂纹等细小缺陷。
2. 多角度探测：相控阵超声检测通过控制超声波束的方向和形状，能够实现对物体的多角度、全方位探测，提高了检测的全面性和可靠性。
3. 实时成像：相控阵超声检测可以实现对被测物体的实时成像，能够及时发现并跟踪缺陷的变化。
4. 无接触检测：相控阵超声检测不需要直接接触被测物体，可以实现远距离、非接触式的检测，适用于复杂形状、高温、高压等恶劣环境。
应用领域相控阵超声检测技术在航空航天、国防军工和工业制造等领域得到了广泛应用，具有以下主要应用领域：1. 航空航天：相控阵超声检测可以应用于航空航天器件的缺陷检测和结构健康监测，如飞机机翼、发动机叶片等部件的裂纹检测。
2. 国防军工：相控阵超声检测可以用于武器装备、军事装备的缺陷检测和性能评估，如坦克、导弹等武器系统的检测。
archer相控阵超声波
相控阵超声波成像技术是近年来超声医学领域的一项重要技术，其中archer相控阵超声波技术更是在这一领域中占据着重要地位。
本文将对archer相控阵超声波进行详细介绍。
一、相控阵超声波成像技术相控阵超声波成像技术是利用超声波的高频振动产生的超声波信号来对人体进行成像的一种医学技术。
这种技术的主要原理是利用超声波在物体中传播的速度和方向信息，通过数学算法处理后得到图像。
相比于传统的B超成像技术，相控阵超声波成像技术具有分辨率高、能够获取三维信息等优点。
二、archer相控阵超声波技术的原理archer相控阵超声波技术是相控阵超声波成像技术的一种重要形式，它的原理主要是利用超声波在物体内部的反射和多个超声源之间的相互作用，从而实现对人体内部的成像。
具体来说，archer相控阵超声波技术使用多个超声发射器和接收器，将超声波信号在人体内部扫描，通过计算机算法对信号进行处理，生成高清晰度的三维图像。
这种技术可以通过调节超声源之间的相位差、振幅和时间延迟等参数，实现对人体内部不同部位的成像。
三、archer相控阵超声波技术的应用1.医学领域archer相控阵超声波技术在医学领域中被广泛应用，主要是因为它可以提供更加精确和深入的成像结果。
这种技术可以用于检测肿瘤、心脏病、血管疾病等多种疾病，有助于医生制定更加科学的治疗方案。
2. 工业领域除了在医学领域中的应用，archer相控阵超声波技术还可以应用于工业领域，如对金属材料的缺陷检测、焊接质量检测等。
这种技术不仅可以提高工作效率，还可以减少环境污染。
四、结语总之，archer相控阵超声波技术是一种非常重要的成像技术，在医学和工业领域都发挥着重要作用。
随着技术的不断发展，相信archer相控阵超声波技术还会有更广泛的应用前景。
超声相控阵相关知识
相控阵的概念起源于雷达天线电磁波技术，超声相控阵最早仅用于医疗领域。
近年来，随着微电子、计算机等新技术的快速发展，超声相控阵逐渐被应用于工业无损检测领域。
超声相控阵通过各阵元发出声束的有序叠加可以灵活地生成偏转及聚焦声束，不需更换探头即可完成对关心区域的高分辨率检测，且其特有的线性扫查、扇形扫查、动态聚焦等工作方式可在不移动或少移动探头的情况下对零件进行高效率检测。
因此，较传统的单晶片超声检测，超声相控阵的声束更灵活、检测速度更快、分辨率更高、更适用于形状复杂的零部件检测。
超声相控阵探头是将若干个独立的压电晶片按照一定的排列组合成一个阵列，通过控制压电晶片的激励顺序及延时，来实现声束的偏转以及聚焦。
超声相控阵是基于Huygens-Fresnel 原理，由各个阵元发出的超声波经过干涉形成预期的声束。
以同一频率的脉冲激发各个阵元，并对各个阵元的激发时间施加一定的延迟，于是各阵元的发射声波产生了相位差，从而影响干涉结果，即可以形成偏转及聚焦声束。
各阵元的激发延时一般被称为聚焦法则或延时法则。
与传统单晶片换能器的超声检测不同，超声相控阵不同的阵元组合与不同的聚焦法则相结合，形成了 3 种特有的工作方式，即线性扫查，扇形扫查和动态聚焦。
线性扫查线性扫查，又称为电子扫查，具体步骤为：1) 假设相控阵阵元总数为N，令其中相邻的n( 1<n< N) 个阵元为一组，对每一组阵元施加相同的聚焦法则;2) 以设定的聚焦法则激发第一组阵元;3) 沿阵列长度方向向前移动一个步进值(一般为一个阵元晶片)，以同样的聚焦法则激发第2组阵元。
以此类推，直至最后一个阵元。
一般将上述的一组阵元称为一个序列。
这样扫查完成后会得到N-n+1个序列回波信号，在不移动探头的情况下就可以检测到较大区域。
线性扫查的示意图如图3( a) 所示。
扇形扫查扇形扫查即选择一组阵元，对这组阵元依次实施不同的聚焦法则，每次改变声束的偏转角度，从而形成一个扇形的扫查区域，如图3(b)所示。
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
谢谢您的观看
相控阵超声技术、空气耦合超声技术和激光超声技术
相控阵超声技术、空气耦合超声技术和激光超声技术都是现代无损检测技术的重要分支，它们在工业、医疗等领域有着广泛的应用。
相控阵超声技术：
相控阵超声技术是一种先进的超声成像技术，通过电子方式控制声波束的方向和聚焦，实现对物体内部结构的精确检测。
与传统的机械扫描超声相比，相控阵超声具有更高的扫描速度和更灵活的波束控制能力，能够更准确地识别物体内部的缺陷、裂纹等问题。
此外，相控阵超声技术还适用于复杂形状的物体检测，如飞机发动机叶片、管道等。
空气耦合超声技术：
空气耦合超声技术是一种无需液体耦合剂的超声检测方法，它通过空气作为声波的传输介质，实现了对物体表面的非接触检测。
这种技术特别适用于一些难以接触或不能使用液体耦合剂的场合，如高温、高压、腐蚀等恶劣环境。
空气耦合超声具有快速、便捷、安全等优点，因此在工业、能源、医疗等领域得到了广泛应用。
激光超声技术：
激光超声技术是一种将激光技术与超声技术相结合的无损检测方法。
它通过激光在物体表面产生热效应，激发出超声波，然后利用激光干涉技术检测超声波的传播特性，从而实现对物体内部结构的检测。
激光超声技术具有非接触、高精度、高分辨率等优点，特别适用于一些薄板、涂层等材料的检测。
此外，激光超声技术还可以实现远程、在线监测，因此在航空航天、石油化工、电力等领域具有广泛的应用前景。
综上所述，相控阵超声技术、空气耦合超声技术和激光超声技术各具特色，适用于不同的检测场合和需求。
它们的发展和应用为现代无损检测技术的发展提供了有力的支持。
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。
1-第一章超声相控阵技术基本概念
1-第⼀章超声相控阵技术基本概念第⼀章超声相控阵技术的基本概念本章描述超声波原理、相控阵延时（或聚焦定律）概念，并介绍R/D公司研制的相控阵仪器设备。
1.1 原理超声波是由电压激励压电晶⽚探头在弹性介质（试件）中产⽣的机械振动。
典型的超声频率范围为0.1MHz～50MHz。
⼤多数⼯业应⽤要求使⽤0.5MHz～15MHz的超声频率。
常规超声检测多⽤声束扩散的单晶探头，超声场以单⼀折射⾓沿声束轴线传播。
其声束扩散是唯⼀的“附加”⾓度，这对检测有⽅向性的⼩裂纹可能有利。
假设将整个压电晶⽚分割成许多相同的⼩晶⽚，令⼩晶⽚宽度e远⼩于其长度W。
每个⼩晶⽚均可视为辐射柱⾯波的线状波源，这些线状波源的波阵⾯会产⽣波的⼲涉，形成整体波阵⾯。
这些⼩波阵⾯可被延时并与相位和振幅同步，由此产⽣可调向的超声聚焦波束。
超声相控阵技术的主要特点是多晶⽚探头中各晶⽚的激励（振幅和延时）均由计算机控制。
压电复合晶⽚受激励后能产⽣超声聚焦波束，声束参数如⾓度、焦距和焦点尺⼨等均可通过软件调整。
扫描声束是聚焦的,能以镜⾯反射⽅式检出不同⽅位的裂纹。
这些裂纹可能随机分布在远离声束轴线的位置上。
⽤普通单晶探头，因移动范围和声束⾓度有限，对⽅向不利的裂纹或远离声束轴线位置的裂纹，漏检率很⾼（见图1）。
图﹡﹡常规图1-2 脉冲发⽣和回波接收时的声束形成和时间延迟（同相位、同振幅）图1-3 超声波垂直（a ）和倾斜（b ）⼊射时声束聚焦原理发射接收超声波探伤仪超声波探伤仪触发相控阵控制器相控阵控制器脉冲激励阵列探头缺陷缺陷⼊射波阵⾯反射波阵⾯回波信号Σ接收延时延时 [ns]延时 [ns]转⾓产⽣的波阵⾯产⽣的波阵⾯阵列探头阵列探头为产⽣同相位、有相长⼲涉的声束，⽤有微⼩时差的电脉冲分别激励阵列探头各选⽤晶⽚。
来⾃材料中某⼀焦点（如缺陷等）的回波，以⼀定时差返回各换能器单元，见图1-2。
在信号汇合前，各换能器晶⽚上接收到的回波信号均有时差。
信号汇合后形成的A-扫描图形，显⽰了材料中某⼀焦点的回波特性，也显⽰了材料中其它各点衰减各异的回波特性。
超声相控阵检测技术
智能化与自动化
借助人工智能和机器学习技术，超声相控阵检测技术正朝 着智能化和自动化方向发展，实现自动缺陷识别、自动报 告生成等。
面临的主要挑战
Байду номын сангаас
01
复杂形状与结构的检测
对于复杂形状和结构的部件，超声相控阵检测技术的适应性有待提高，
应用领域与前景
应用领域
超声相控阵检测技术可应用于各种金属和非金属材料的无损检测，如钢铁、铝合金、钛 合金、陶瓷、复合材料等。具体应用包括焊缝检测、铸件检测、锻件检测、管道检测、
压力容器检测等。
前景
随着新材料、新工艺的不断涌现和无损检测标准的不断提高，超声相控阵检测技术将朝着更高分辨率、更快 检测速度、更智能化等方向发展。同时，随着5G、物联网等新技术的不断发展，超声相控阵检测技术将实现
远程在线监测和实时数据分析等功能，为工业生产和质量控制提供更加便捷、高效的技术支持。
02
超声相控阵检测系
统组成
超声换能器阵列
01
02
03
线性阵列
由一排等间距的超声换能 器组成，用于一维扫描。
矩阵阵列
由二维排列的超声换能器 组成，可实现二维扫描和 三维成像。
环形阵列
由环形排列的超声换能器 组成，适用于管道、圆柱 形容器等特殊形状工件的 检测。
需要开发更先进的算法和探头设计。
02
信号处理与数据分析
随着检测精度的提高，产生的数据量也大幅增加，对信号处理和数据分
析提出了更高的要求。
03
成本与普及
虽然超声相控阵检测技术具有诸多优势，但其高昂的成本限制了其在一
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
相控阵的概念起源于雷达天线电磁波技术，超声相控阵最早仅用于医疗领
域。
近年来，随着微电子、计算机等新技术的快速发展，超声相控阵逐渐被应用
于工业无损检测领域。
超声相控阵通过各阵元发出声束的有序叠加可以灵活地生成偏转及聚焦声
束，不需更换探头即可完成对关心区域的高分辨率检测，且其特有的线性扫查、
扇形扫查、动态聚焦等工作方式可在不移动或少移动探头的情况下对零件进行高效率检测。
因此，较传统的单晶片超声检测，超声相控阵的声束更灵活、检测速度更快、分辨率更高、更适用于形状复杂的零部件检测。
超声相控阵探头是将若干个独立的压电晶片按照一定的排列组合成一个阵
列，通过控制压电晶片的激励顺序及延时，来实现声束的偏转以及聚焦。
超声相控阵是基于Huygens-Fresnel原理，由各个阵元发出的超声波经过干涉形成预期的声束。
以同一频率的脉冲激发各个阵元，并对各个阵元的激发时间施加一定的延迟，于是各阵元的发射声波产生了相位差，从而影响干涉结果，即可以形成偏转及聚焦声束。
各阵元的激发延时一般被称为聚焦法则或延时法则。
&恤I hit
IJI Itic fuiniiiiion of beam
聚焦点
崖焦百虫形處示豈
(b*i l he torm&twri of tu^using
buMi
图2超声相控阵偏转疑聚焦声束的形成
与传统单晶片换能器的超声检测不同，超声相控阵不同的阵元组合与不同的聚焦法则相结合，形成了3种特有的工作方式，即线性扫查，扇形扫查和动态聚焦。
线性扫查
线性扫查，又称为电子扫查，具体步骤为:
1）假设相控阵阵元总数为N，令其中相邻的n（ 1v* N）个阵元为一组，对每一组阵元施加相同的聚焦法则
2）以设定的聚焦法则激发第一组阵元；
3）沿阵列长度方向向前移动一个步进值（一般为一个阵元晶片），以同样的
聚
焦法则激发第2组阵元。
以此类推，直至最后一个阵元。
一般将上述的一组阵元称
为一个序列。
这样扫查完成后会得到N-n+1个序列回波信号，在不移动探头
的情况下就可以检测到较大区域。
线性扫查的示意图如图3（ a）所示
扇形扫查
扇形扫查即选择一组阵元，对这组阵元依次实施不同的聚焦法则， 每次改变 声束的偏转角度，从而形成一个扇形的扫查区域，如图 3(b)所示。
与线性扫查不 同，扇形扫查阵元不变，而聚焦法则随时改变。
动态聚焦
动态聚焦是指在声轴的不同深度进行聚焦，即通过动态控制晶片的聚焦法 则，实现声轴上不同深度点的动态聚焦，如图
3(c)所示。
动态聚焦适用于较薄工
件的检测。
图3超声相控阵的3种工作方式
全矩阵捕捉(full matrix capture 不同于上述传统数据采集方式，它采集并存储 每个发射/接收阵元对所对应的 A 扫时域信号，如图6所示，由第一个阵元进 行发射，所有阵元接收，照此规则依次单个激发所有的发射阵元。
全矩阵捕捉 的目的是在一次检测过程中获取所有发射 /接收组合的回波数 据,以便于进行多样的后处理操作。
全矩阵捕捉会带来巨大的数据量， 但在后处 理中可呈现出多种聚焦形式，而无需多次测量，从这一角度来看提高了检测的效 率。
全矩阵捕捉及各种后处理算法的结合适用于静态的检测对象及允许离线处理 数据的情况，随着计算机大数据处理能力的提高，具有很好的应用前景。
在超声相控阵检测中，增大阵列孔径是提高分辨率的有效途径之一，但仅靠 增加阵元数目来增大孔径会导致系统复杂度的增加， 于是稀疏阵列的研究应运而
II I LULL1
I
生。
稀疏阵列的目的是在不增加或少增加阵元数目的前提下增大阵列孔径，实现高分辨率检测，具有阵元间互辐射小、易加工、成本低等优势。
（此文档部分内容来源于网络，如有侵权请告知删除，文档可自行编辑修改内容，
供参考，感谢您的配合和支持）。