相控阵超声检测系统及其关键技术的研究
非线性超声相控阵无损检测系统及实验研究
非线性超声相控阵无损检测系统及实验研究摘要：超声相控阵因其灵活的声束形成以及快速成像性能得到了越来越多的关注，成为超声无损检测领域新近发展起来的研究热点。
本文探讨了基于非线性超声相控阵的无损检测系统，并利用超声检测的标准试件对该系统的性能进行了检验。
关键词：相控阵；非线性超声；无损检测；反相脉冲前言超声相控阵则是用若干压电阵元组成阵列换能器，实现声束的相控发射与接收。
近年来医学领域B型超声诊断仪最先应用了超声相控阵技术进行动态聚焦，但是由于各种原因在工业无损检测中它的应用直到几年前还是空白。
虽然如此，最近几年来对相控阵超声检测的研究已成为热点，而且正在逐步走向应用。
1超声相控阵原理概述相控阵发射：多个换能器阵元按一定形状、尺寸排列，构成超声阵列换能器，分别调整每个阵元发射信号的波形、幅度和相位延迟，使各阵元发射的超声子波束在空间叠加合成，从而形成发射聚焦和声束偏转等效果。
图1（a）中，阵列换能器各阵元的激励时序是两端阵元先激励，逐渐向中间阵元加大延迟，使得合成的波阵面指向一个曲率中心，即发射相控聚焦。
图1（b）中，阵列换能器各阵元的激励时序是等间隔增加发射延迟，使得合成波阵面具有一个指向角，就形成了发射声束相控偏转效果。
图1发射相控聚焦与偏转相控阵接收：换能器发射的超声波遇到目标后产生回波信号，其到达各阵元的时间存在差异。
按照回波到达各阵元的时间差对各阵元接收信号进行延时补偿，然后相加合成，就能将特定方向回波信号叠加增强，而其它方向的回波信号减弱甚至抵消。
同时，通过各阵元的相位、幅度控制以及声束形成等方法，形成聚焦、变孔径、变迹等多种相控效果。
2超声相控阵的国内外发展及研究现状国外研究及应用超声相控阵较为深入的国家主要有法国、加拿大、英国、德国、美国等。
1959年，第一个超声相控阵检测系统诞生，是由TomBrown研制的环形动态聚焦换能器系统，并注册了相关专利。
20世纪70年代初期，市场上出现了第一个医用超声相控阵换能器，可对人体进行横断面成像。
超声相控阵检测关键技术的研究的开题报告
超声相控阵检测关键技术的研究的开题报告一、研究背景超声相控阵检测技术是目前非破坏检测领域中应用广泛的一种技术，特别是在航空航天、核电、石油、汽车、船舶等领域有着广泛的应用。
其主要原理是利用声波的物理性质对被测物体进行探测与表征。
当前，超声非破坏检测技术的发展方向是高清晰度、便携轻便、高效率、高性能和高自动化。
在这几个方面，超声相控阵技术具有明显的优势。
相较于常规超声探伤技术，超声相控阵技术可以更加精确地定位缺陷和杂质，同时可以提高检测效率。
因此，基于超声相控阵技术的检测成为了非破坏检测领域的研究热点。
二、研究内容本研究主要针对超声相控阵检测技术中的关键技术进行深入研究。
具体包括以下几个方面：1. 超声相控阵成像原理研究：了解超声相控阵成像的基本原理，研究超声波的传播规律以及超声信号的成像算法。
2. 多元阵列探头设计与优化：设计一种优秀的多元阵列探头，探头中包含多个元件，将它们发射的超声波相合，形成可控的声束，然后利用其接收回传信号，进一步确定被检测物体内部的信息。
3. 超声相控阵成像算法优化：分析超声相控阵成像算法的特点，发掘算法的局限性，并针对其问题的特点进行算法的优化，以提高成像精度和稳定性。
4. 相控阵检测系统设计：基于研究中的成果，设计一种完整的相控阵检测系统，其中包括探头、芯片、信号处理器、显示器等，满足检测实际应用的要求。
三、研究意义本研究将为超声相控阵技术的应用提供重要的基础理论研究和实际应用数据支持。
在国防工业、电力、铁路、材料科学和医疗保健等各个领域，该技术都有广泛的应用前景，并有望成为非破坏检测领域的企业和科研机构的标配技术之一。
同时也有指导意义，对超声相控阵成像算法和成像系统进行优化，促进其应用范围和成像效果的进一步提升，推动由定性到定量探测技术的发展。
四、研究方案本研究计划分为理论分析、算法设计、系统建模等几个阶段。
具体分为如下几个步骤：1. 文献调研：从已有的相关文献中进行调查研究，了解超声相控阵技术的背景、理论基础、应用现状等方面的信息。
超声相控阵检测技术及应用
超声相控阵检测技术及应用
近年来，随着科技的不断发展，超声相控阵检测技术成为了一种
非常重要的无损检测技术，应用广泛于各个领域，比如航空、航天、
汽车、电力等工业领域。
超声相控阵检测技术是利用超声波在材料中传播、反射、衍射、
散射等原理进行缺陷检测的一种技术。
它能够对复杂结构的材料进行
高精度、高效率、无损的检测和评估，能够检测出各种缺陷，如裂纹、气孔、夹杂等，同时还能够评估材料的力学性能、耐久性和可靠性。
相比传统的超声检测技术，超声相控阵检测技术具有优越性。
它
可以通过调整控制器上的参数，实现多角度、多方向、多频率的超声
波束所覆盖的测试区域，不仅可以提高检测精度，还可以缩短检测时间，并大大降低了误判率。
在实际应用中，超声相控阵检测技术的应用不断发展和完善。
在
航空领域，超声相控阵检测技术被广泛应用于飞机结构和发动机叶片
的缺陷检测，大大提高了飞机的安全性能和可靠性。
在汽车领域，超
声相控阵检测技术被应用于对汽车组件的检测，如汽车发动机的缸体、缸盖和曲轴等部件的缺陷检测，有效提高了汽车的性能和安全性能。
在电力领域，超声相控阵检测技术被用于检测钢轨、钢板、桥梁和引线、绝缘子等电力设备，提高了电力设备的性能和安全性，对电力行
业和国家电网的建设起到了至关重要的作用。
总之，超声相控阵检测技术在工业生产和科学研究中发挥着不可替代的作用，其应用领域越来越广泛，技术也在不断地完善和提高，将使得未来的无损检测技术更为可靠、高效和精确。
超声波相控阵检测技术及其使用
传统工业相控阵成像
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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。
问题一： 医用 B超检测对象是由水份组成的人体，不必考虑波形转换现象，而超声
第一临界角（ ） 1
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EffectiveApertureSize PitschSize N cos
超声相控阵是超声探头晶片的组 合，由多个压电晶片按一定的规律分 布排列，然后逐次按预先规定的延迟 时间激发各个晶片，所有晶片发射的 超声波形成一个整体波阵面，能有效 地控制发射超声束（波阵面）的形状 和方向，能实现超声波的波束扫描、 偏转和聚焦。
要素 :
因为所有的脉冲发生器是同步的，每个晶片振动的叠加产生了所需要的角度及聚焦方式
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当设备对所有已接收到的信号做数字化处理时，每个通道都有自己的 ADC转换和
FI FO。处理后的所有相位信号进行叠加形成最终的聚焦法则 A扫描。
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传统工业相控阵方法延用医用 B超模式，不具有几何反射修正技术，与人体结 构的单一形式不同，工业领域的检测对象几何结构和材料种类千变万化，不能依照 工件厚度与结构特征生成对应图象而造成数据分析难度大的问题未能有效解决。
没有声束偏转
第二种情况 S1 S0 0 Migr 0
入射点向楔块前端漂移 ; 楔块延迟增加
Case 2 S1 S0 0 Migr 0
入射点向楔块后端漂移 ; 楔块延迟减小
相控阵超声检测方案设计关键技术及其在航空航天领域的应用
相控阵超声检测方案设计关键技术及其在航空航天领域的应用周正干;李尚凝;李洋【摘要】Ultrasonic phased array (PA) testing is a multi-channel ultrasonic testing (UT) pared with the conventional singular-channel water-immersion ultrasonic testing method,the design of PA testing solution is more flexible and more complex.In the design of a PA testing solution for the structures with complex surface,some mistakes may lead to false detection or missing detection.To design an optimal PA testing solution for structures with complex surface in aerospace,this paper puts forward a design method of PA testing solution and introduces the involved essential techniques and its applications.Firstly,a general overview of the design framework is made to indicate its importance and necessity.Then,the essential techniques of five involved theoretical approaches and their applications are stly,a PA testing software and hardware platform based on the above techniques is established and applied to the typical structures in aerospace.The results show that the designed PA testing solution can accurately detect the embedded defects within the structure.The proposed design method and the adopted theoretical approaches can improve the design efficiency,and have theoretical significance and a broad application prospect on the detection of complex structures in aerospace and other important fields.%相控阵超声检测技术是一种多通道超声检测方法,与常规单通道水浸超声检测技术相比,检测方案的制定更加灵活也更加复杂.在针对复杂型面结构进行检测方案设计时,错误的检测方案将可能产生缺陷的误检、漏检等严重问题.为了针对航空航天领域广泛存在的复杂结构试件制定最优的相控阵超声检测方案,本文提出了一套针对复杂型面结构的相控阵超声检测方案设计流程,并对其中涉及的关键技术和应用进行介绍.首先,对流程框架进行总体概述,表明检测方案设计的重要性和必要性;然后针对其中涉及的5项关键理论方法的核心原理及用途进行介绍;最后搭建相控阵超声软硬件平台,实现上述关键理论方法,并用于航空航天典型结构件的检测研究.研究结果表明,所制定方案能够准确检出结构内部的预埋缺陷,满足被测对象的检测要求,并且所提出的检测方案设计流程及采用的关键理论方法有效地提高了检测方案的设计效率,对航空航天等重要领域复杂结构试件的检测应用具有一定的理论指导及应用价值.【期刊名称】《南京航空航天大学学报》【年(卷),期】2017(049)004【总页数】7页(P461-467)【关键词】相控阵超声检测;射线追踪;声场分析;成像算法【作者】周正干;李尚凝;李洋【作者单位】北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京,100083;北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京,100083;北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】V262;TB553相控阵超声检测技术是一种基于阵列换能器的多通道检测法，可通过相位控制的手段使声波在试件内部的指定区域进行偏转聚焦。
超声相控阵无损检测仪器关键技术研究
关键词: 超声相控阵ꎻ 编码激励ꎻ 延时聚焦ꎻ 数字信号快速处理ꎻ 大数据传输与调度 中图分类号: ＴＢ９ꎻ ＴＧ８６ 文献标识码: Ａ 文章编号: １６７４ － ５７９５(２０１８)０３ － ００９９ － １３
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｋｅｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ＬＩＵ Ｇｉｕｘｉｏｎｇꎬ ＴＡＮＧ Ｗｅｎｍｉｎｇꎬ ＬＩ Ｙ发射能量[５] 、 声束
延时精度[６] 、 信号处理能力[７] 、 信噪比[８] 、 高速缓存 与传输能力[９] 等方面还有大量提升空间ꎬ 开展提高超 声相控阵系统测量精度与实时性能关键技术研究意义 重大ꎮ 本论文研究提高超声相控阵系统关键技术ꎬ 从 超声相控阵功能构架入手ꎬ 重点研究编码激励、 聚焦 延时精度、 高速信号处理、 大数据存储与缓存等方面 的理论方法与实现技巧ꎬ 并把这些应用于超声相控阵 仪器的研制ꎮ
(Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ＆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖ������ ｏｆ Ｔｅｃｈ������ ꎬ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４１ꎬ Ｃｈｉｎａ)
管道对接焊缝相控阵超声检测
管道对接焊缝相控阵超声检测1. 引言1.1 研究背景管道对接焊缝相控阵超声检测是近年来随着工业领域的发展而逐渐兴起的一项重要技术。
管道在工业生产中起着至关重要的作用，而管道对接焊缝则是管道连接中不可或缺的部分。
传统的焊缝检测技术存在着检测精度低、效率低、对焊缝缺陷的检测能力不足等问题，因此急需一种能够高效、准确、全面检测焊缝缺陷的新技术。
目前，随着超声技术的不断发展和改进，管道对接焊缝超声检测成为一种备受瞩目的技术。
相控阵超声检测技术可通过多个超声探头同时发射和接收超声波，实现对焊缝的全面扫描和准确探测，具有高分辨率、高灵敏度、高重复性等优点。
结合管道对接焊缝特点，相控阵超声检测技术被广泛应用于管道对接焊缝的检测领域。
本研究旨在探讨管道对接焊缝相控阵超声检测技术的原理、方法、技术、设备及应用，并研究在实际应用中可能存在的问题，为今后的研究提供借鉴和参考。
通过对该技术进行深入研究和分析，可以为提高管道连接质量、降低安全风险、节约成本、提高生产效率等方面提供有力支撑，具有重要的研究意义和实际应用价值。
1.2 研究目的管道对接焊缝相控阵超声检测是一种非常重要的无损检测技术，可以有效地对管道焊缝进行检测和评估。
本文旨在探讨这一技术在管道工程中的应用和发展。
通过对管道对接焊缝相控阵超声检测的研究，可以深入了解焊缝的结构及缺陷情况，及时发现问题并加以修复，从而保障管道工程的安全运行。
对该检测技术的进一步优化和改进，可以提高检测的准确性和可靠性，为管道工程的施工和维护提供更为可靠的技术支持。
1.3 研究意义管道对接焊缝相控阵超声检测在工业领域扮演着重要的作用，其研究意义主要表现在以下几个方面：管道对接焊缝超声检测技术的发展能够提高工作效率，降低人工成本。
相比于传统的目视检测或X射线检测，超声检测可以实现自动化、高效率的检测，大大减轻了工作人员的劳动强度。
管道对接焊缝超声检测技术的研究还能促进超声检测技术的发展，推动无损检测领域的进步。
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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相控阵超声检测系统及其关键技术的研究
相控阵超声检测系统及其关键技术的研究
摘要：相控阵超声检测系统是一种可以实现多通道接收和发送的超声成像系统，广泛应用于医学、工业和军事领域。
本文主要介绍了相控阵超声检测系统的原理、结构以及关键技术，并对其未来发展方向进行了展望。
一、引言
相控阵超声检测系统是一种基于超声波技术的成像系统，利用多个发射和接收元件的组合，可以实现对被测物体的全方位成像和准确定位。
相比传统的超声检测系统，相控阵技术具有分辨率高、成像速度快以及控制灵活等优势，因此在医学、工业和军事领域得到了广泛应用。
二、相控阵超声检测系统的原理
相控阵超声检测系统由多个发射和接收元件组成，发射元件产生超声波信号，接收元件接收反射回来的超声波信号。
通过改变发射元件的激励时间和幅度，可以使得超声波以不同的角度和深度进入被测物体。
接收元件接收到的信号经过放大和滤波等处理，得到被测物体不同位置的回波信号。
最后，将多个回波信号综合起来，进行成像和分析。
三、相控阵超声检测系统的结构
相控阵超声检测系统由发射和接收元件、控制电路、信号处理电路以及显示装置等组成。
发射和接收元件通常采用压电陶瓷等材料，可以对超声波信号进行传感和发射。
控制电路负责控制发射元件的激励时间和幅度，以及接收元件的增益和滤波等参数。
信号处理电路负责对接收到的信号进行放大、滤波和数字化处理等，最后通过显示装置呈现给用户。
四、相控阵超声检测系统的关键技术
1. 压电陶瓷技术：压电陶瓷作为相控阵超声检测系统中的关键元件，其性能直接影响系统的灵敏度和分辨率。
因此，如何提高压电陶瓷的性能是研究的重点之一。
2. 相控阵成像算法：相控阵超声检测系统通过改变发射信号的相位和时延，可以实现对被测物体的全方位成像。
而相控阵成像算法则是将接收到的回波信号进行综合和重建的关键技术。
3. 实时信号处理技术：相控阵超声检测系统需要实时对接收到的信号进行放大、滤波和数字化处理等，以实现快速成像。
实时信号处理技术是保证系统性能和稳定性的关键。
五、相控阵超声检测系统的应用前景
相控阵超声检测系统在医学领域广泛应用于超声诊断、超声导航和超声手术等方面。
在工业领域，相控阵超声检测系统可以用于无损检测、材料缺陷检测等。
在军事领域，相控阵超声检测系统可应用于目标探测、距离测量和地质勘探等。
相信随着相关技术的不断进步和发展，相控阵超声检测系统在这些领域将有更加广阔的应用前景。
六、结论
相控阵超声检测系统作为一种先进的超声成像技术，具有分辨率高、成像速度快和控制灵活等优势，在医学、工业和军事领域的应用越来越广泛。
为了提高系统的性能和稳定性，压电陶瓷技术、相控阵成像算法和实时信号处理技术是需要不断研究和改进的关键技术。
相信随着相关研究的深入和技术的进步，相控阵超声检测系统将在未来取得更大的突破和应用
相控阵超声检测系统作为一种先进的超声成像技术，具有广泛的应用前景。
在医学领域，它可以用于超声诊断、超声导航和超声手术等方面，提供高分辨率和快速成像的能力。
在工业领域，它可以用于无损检测和材料缺陷检测，提高工业生产的质量和效率。
在军事领域，它可以应用于目标探测、距离测量和地质勘探等。
为了提高系统的性能和稳定性，需要进一步研究和改进压电陶瓷技术、相控阵成像算法和实时信号处理技术。
相信随着相关研究的深入和技术的进步，相控阵超声检测系统将在未来取得更大的突破和应用。