超声相控阵
相控阵超声成像与检测设备课件
增益
延时
39
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接收增益线性
ß 显示高度线性-放大器线性 ß 幅度控制线性-增益控制精度 ß 时基线性
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ß 非主平面
Þ 检测范围内声束-6dB宽度沿深度的轮廓线
22
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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
25
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声束指向极限
26
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晶元活性和校准
ß 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。
ß 接收灵敏度应在建立延时法则时进行补偿。
27
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晶元活性和校准
ß 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
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相控阵的功能
ß 改变声束位移 ß 改变的声束角度 ß 改变聚焦距离和聚焦特性
12
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改变声束角度
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改变聚焦距离
14
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改变声束位移
ß 每次发射与接收用相控阵探头的一部分阵 元合成声束
ß 每次发射与接收所用的阵元组合在整个阵 列中依次移位
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幅度补偿
33
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幅度补偿
34
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幅度补偿
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延时补偿
36
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延时补偿
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延时补偿
38
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幅度和延时补偿
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
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。
超声相控阵检测
案例二：医学影像诊断的实例
总结词
高分辨率、实时成像、无辐射
详细描述
超声相控阵技术在医学领域的应用，如心脏、血管、腹部等部位的超声成像。通过高分辨率和实时成 像的特点，为医生提供无创、无辐射的检查手段，提高诊断准确性和治疗效果。
案例三：其他领域的实际应用
总结词
灵活、多功能、适应性广
详细描述
超声相控阵技术还应用于航空航天、材料科学、能源等领域。通过其灵活的聚焦和调控 能力，实现了对复合材料、燃料电池等复杂结构的检测和评估，推动了相关领域的技术
轨道交通领域
在轨道交通领域，超声相控阵检测用于对列车轮对、转向架和车体结构等进行无 损检测。
该技术能够检测出材料内部的疲劳裂纹和损伤，预防事故发生，保障列车运行安 全。
压力容器和管道检测
• 在石油化工和核能等领域，压力容器和管道的安全性至关重 要。超声相控阵检测能够高效地检测出这些设备内部的裂纹、 腐蚀和焊缝质量等问题。
该技术可以与其他无损检测技 术相结合，形成更加完善的检 测方案，提高检测的准确性和 可靠性。
研究展望
01
进一步深入研究超声相控阵检测技术的物理机制和数学模型，提高检 测的精度和可靠性。
02
探索更加先进的相控阵列设计和信号处理方法，提高检测的分辨率和 灵敏度。
03
加强超声相控阵检测技术在特殊环境和极端条件下的应用研究，拓展 其应用领域。
02
超声相控阵检测原理
超声相控阵检测技术概述
超声相控阵检测技术是一种基于超声波的检测 技术，通过控制超声波的相位和振幅，实现对 物体的无损检测和评估。
该技术利用一组超声波发射器和接收器，通过 控制每个发射器的相位和振幅，形成所需的超 声波束，实现对物体的全面扫描和检测。
超声相控阵检测技术原理
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。
相控阵超声检测施工方案
相控阵超声检测施工方案1. 引言相控阵超声检测（Phased Array Ultrasonic Testing）是一种应用于工程领域的无损检测技术。
它利用多个发射和接收元件以不同的时间和幅度控制超声波的发射和接收方向，从而实现对被测物体内部缺陷的检测和成像。
本文将介绍相控阵超声检测施工方案的相关内容。
2. 设备准备相控阵超声检测需要使用一系列设备，包括超声波发射和接收探头、相控阵超声检测仪、计算机等。
2.1 超声波发射和接收探头超声波发射和接收探头是相控阵超声检测的核心组件。
它通常由多个单元组成，每个单元都可以独立发射和接收超声波信号。
这些单元可以根据需要调整发射角度和焦点位置，实现对被测物体不同方向的扫描。
2.2 相控阵超声检测仪相控阵超声检测仪是用于控制和驱动超声波发射和接收探头的设备。
它可以通过控制超声波的幅度、相位和时间来调整超声波的发射和接收方向。
相控阵超声检测仪还可以接收和处理探头返回的信号，实现对被测物体内部缺陷的检测和成像。
2.3 计算机计算机是用于控制和管理相控阵超声检测仪的设备。
通过与相控阵超声检测仪连接，计算机可以实现对检测参数的设置、检测数据的采集和处理、缺陷成像的显示等功能。
3. 施工准备在进行相控阵超声检测前，需要进行一些施工准备工作。
3.1 检测目标准备首先需要确定待检测的目标物体，并清理目标物体表面的杂质和涂层，以保证超声波的传播和接收的质量。
对于较大的目标物体，可以使用支架将其稳定固定，并确保目标物体与超声波发射和接收探头的接触良好。
3.2 系统校准在进行正式的相控阵超声检测前，需要对设备进行校准。
这包括对超声波发射和接收探头进行灵敏度和位置的校准，以及对相控阵超声检测仪的参数进行调整和校准。
校准的目的是确保检测系统的准确性和可靠性。
4. 检测操作步骤以下是相控阵超声检测的一般操作步骤：4.1 设定检测参数在计算机上设置相控阵超声检测仪的工作参数，包括发射和接收的角度范围、探头的配置参数等。
相控阵超声有效激活孔径
相控阵超声有效激活孔径
相控阵超声技术是一种先进的超声成像技术，它利用多个发射
和接收元件来实现对目标区域的高分辨率成像。
相控阵超声技术在
医学影像、无损检测和工业领域有着广泛的应用，而近年来，人们
发现相控阵超声技术还可以用于有效激活孔径，这为一些特殊领域
的应用带来了新的可能性。
在传统的超声成像技术中，超声波的传播路径受到限制，往往
只能在较浅的组织深度进行成像。
而相控阵超声技术通过控制多个
发射和接收元件的相位和幅度，可以实现对目标区域的三维成像，
同时具有更高的分辨率和深度。
这种能力使得相控阵超声技术在医
学上有着巨大的应用前景，可以用于更精确地诊断疾病和指导手术。
除了在医学领域，相控阵超声技术还可以应用于一些特殊的领域，比如微流控、微操控和微加工。
在这些领域中，需要对微小孔
径进行激活或者探测，传统的方法往往难以实现高分辨率和精确控制。
而相控阵超声技术可以通过控制超声波的传播路径和焦深，实
现对微小孔径的有效激活和探测，为微流控和微加工提供了新的可
能性。
总的来说，相控阵超声技术的发展为超声成像技术带来了新的突破，使得超声技术在医学影像、无损检测和工业领域有着更广泛的应用。
相信随着技术的不断进步，相控阵超声技术在更多领域将会有着更广泛的应用前景，为人类社会的发展带来更多的可能性。
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。
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。
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工业应用-仪器类型
快扫型(QuickScanTM PA)： 价格较低, 系统装有导轨, 脉冲重复频率高，特适于管 子等高生产率工件的检测。 层扫型(Tomo ScanⅢPA )： 是R/ D 公司制造的高端相控 阵设备，类似于层扫聚焦型 (Tomo ScanFOCUS)，但数据 转换率特高，分辨率更优。 原为电站应用而研制, 能为 要求收集大量数据和高信噪 比的检测应用提供有利条件。
工业探头
工业应用-仪器类型
全扫型(OmniScanTM )：便携式, 低价, 用 电池操作, 有自主相控阵装置,可手动或半 自动或全自动检测。通常用于腐蚀测绘、缺 陷检测、查验认证, 特轻巧便捷。 层扫聚焦型( TomoScan FOCUS ) ：是最早推出 的工业用R/ D 相控阵设备, 已用于高端试验室、 电站、石化、航天等行业。有几百台设备在应用 中。
TOFD显示
相控阵与TOFD 并驾齐驱, 可取长补短, 优化检测, 常用于压力管道和锅炉、压力容器焊接接头的自 动检测。100%检测结果可同时展示在 一幅汇总图上。
工业探头
线型阵列探头是工业上最常用的相控 阵探头。 其主要优点是: 易设计、易制造、易 编程和模拟, 带楔块、直接接触或水 浸法均易使用, 成本较低, 有通用性。
超声相控阵技术 PAUT
曹瑞 2015-1-6
主要内容
1. 简介 2.检测& 图像显示
3.工业探头
4.工业应用
超声相控阵技术
常规超声检测多用声束扩散的单晶探头 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就会产生波的干涉, 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。
工业应用-实例
THANK YOU ！
技术介绍-特点
主要特点： 多晶片探头中各晶片的激励( 振幅和延时) 均由计算机控制。
声束单晶探头
阵列多晶探头
工作机理
检测&图像显示
按操作模式：自动、半自动和手动三种。 按探头和声束动态特征、探测数据采集方式, 自动和半自动 检测又分为： 双向、单向、直线、转角、螺旋和螺线6种基本扫查模式。 按工件形状和取用坐标, 还可定制特殊的扫查模式。
检测&图像显示
相控阵超声扫查的基本图像显示分9 种:
A、B、C、D、S、极坐标、带状、TOFD及组合显示
检测管类或圆筒形工 件时, 采用极坐标显 示图像, 可展示缺陷 周向分布和径向深度。
S显示
S(扇形)显示是相控阵检测最常用的显示。通常用 校正的S 显示使检测结果可视化, 并进行图像评 析。
典型的S 显示是用相同阵元和相同焦距通过一 定角度范围的扫查获得的。其水平轴对应于投 影距离( 试件宽度), 而垂直轴对应于深度