超声相控阵检测技术
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。
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。
使用超声相控阵技术的无损检测方法与技巧
使用超声相控阵技术的无损检测方法与技巧超声相控阵技术是一种常用于无损检测的技术，它通过使用一组探头向待测物体发射超声波，并接收其反射波，从而获取物体内部的信息。
相比传统的单点检测技术，超声相控阵技术具有更高的分辨率、更广的探测范围和更强的穿透力。
本文将介绍使用超声相控阵技术进行无损检测的方法和技巧。
首先，准备工作是使用超声相控阵技术进行无损检测的关键。
需要选取合适的探头和超声仪器。
探头的选择应根据待测物体的尺寸、形状和材料选择合适的频率、探头尺寸和探头阵列形式。
超声仪器的性能也需要符合要求，包括信号发射和接收的灵敏度、增益、滤波器和数据处理能力等。
其次，进行检测前需要进行合适的准备工作。
首先要对待测物体进行表面清洁，以保证超声波能够有效传播和反射。
其次要选择合适的耦合介质，将探头与待测物体保持良好的接触。
对于粗糙表面的物体，可以使用凝胶或液体耦合剂，而对于平滑表面的物体，可以尝试使用接触探头。
在实际检测过程中，需要注意一些技巧以提高检测的准确性和效率。
首先，要选择合适的扫查模式，可以根据实际需求选择直线扫查、螺旋扫查或网格扫查等。
其次，要根据待测物体的不同部位和表面形态进行特定的检测调节，例如调整传感器的入射角度和倾斜角度，以最大限度地获取有用的信息。
此外，在数据处理方面也有一些技巧可以加以应用。
首先是信号增强技术，可以通过滤波、均衡和增益调节等方式，提高信号质量。
其次是多角度检测技术，通过改变入射角度和探头位置，获取多个角度的数据，从而提高检测精度。
最后是图像重建技术，通过将多个数据进行整合和处理，生成更清晰、更具信息量的图像或曲线。
需要注意的是，在使用超声相控阵技术进行无损检测时，也存在一些潜在的问题和限制。
首先是探头的选择较为复杂，需要根据具体情况进行合理选择。
其次是背景噪声和杂散信号可能干扰检测结果，需要进行相应的滤波和处理。
此外，超声相控阵技术对于复杂结构和多层材料的检测可能存在一定的困难，需要结合其他技术进行辅助。
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。
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。
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先进的无损检测技术，其基本思想来自于雷达电磁波相控阵技术。
相控阵超声波检测系统主要包括相控阵主机和相控阵探头，相控阵探头由多晶片（如8、16、24、32、60、64或128）组成，每个晶片形成一个独立的发射/接收单元。
通过控制各晶片的激发延迟时间，
可以改变各个晶片发射或者接收超声波的相位关系，得到所需的声束，实现对超声方向和焦点深度的改变控制。
在工业无损检测中，相控阵超声波检测方法主要用于检测材料和结构的内部缺陷。
通过使用不同的扫查器和探头，可以对各种材料和结构进行快速、准确的检测。
例如，可以对金属、复合材料、陶瓷等材料进行检测，也可以对管道、压力容器、航空航天器等结构进行检测。
相比传统的超声波检测方法，相控阵超声波检测方法具有更高的检测精度和可靠性。
它可以实现快速移动声束，对被检物体进行全面的检测，而且可以实时显示检测结果，方便对结果进行分析和评估。
在实际应用中，相控阵超声波检测方法需要经过专业的培训和实践才能熟练掌握。
同时，为了保证检测结果的准确性和可靠性，还需要注意探头的选择、扫查器的使用、耦合剂的选择等方面的问题。
超声相控阵检测技术应用
超声相控阵检测技术应用的实际情况1. 应用背景超声相控阵（Phased Array）是一种利用多个超声探头组成的阵列，通过控制每个探头的发射时间和幅度来实现对被测物体进行全方位扫描和成像的技术。
相比于传统的超声检测技术，超声相控阵具有更高的灵敏度、更快的检测速度和更精确的定位能力，因此在多个领域得到了广泛应用。
2. 应用过程超声相控阵检测技术主要包括以下几个步骤：2.1 探头选择与布置根据被测物体的形状、尺寸和材料等特点，选择合适的超声探头，并将其按照一定的布置方式固定在被测物体上。
通常情况下，采用线性或者矩阵型的布置方式可以实现全方位扫描。
2.2 参数设置与校准通过超声相控阵仪器设定合适的工作参数，包括发射频率、脉宽、采样频率等。
还需要进行探头的校准，包括延时校准、增益校准和灵敏度校准等，以保证检测的准确性和可靠性。
2.3 数据采集与处理将超声探头发出的超声波信号发送到被测物体上，并接收反射回来的信号。
通过超声相控阵仪器采集这些信号，并进行滤波、放大等处理。
利用相控阵算法对这些信号进行相位控制和波束形成，得到二维或者三维的扫描图像。
2.4 缺陷检测与评估通过分析扫描图像，可以实现对被测物体内部结构和缺陷的检测与评估。
常见的检测目标包括裂纹、夹杂、气孔等。
通过对缺陷的位置、形状、大小等特征进行分析，可以判断其对被测物体的影响程度，并制定相应的修复方案。
3. 应用效果超声相控阵检测技术在多个行业中得到了广泛应用，并取得了显著的效果：3.1 航空航天领域超声相控阵检测技术在航空航天领域中被广泛应用于飞机发动机叶片、涡轮盘、机翼等关键部件的缺陷检测。
相比于传统的X射线或者磁粉检测技术，超声相控阵具有高分辨率、无辐射、实时性强等优点，可以更准确地检测到微小缺陷，并及时进行修复。
3.2 石油化工领域超声相控阵检测技术在石油化工领域中主要应用于管道、储罐等设备的缺陷检测。
通过对设备内部结构和壁厚的扫描，可以有效地发现腐蚀、裂纹等缺陷，并及时采取措施进行维修和保养，以确保设备的安全运行。
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超声相控阵检测技术
超声相控阵综述
• 超声相控阵技术已有近2O多年的发展历史，初期主 要应用于医疗领域，医学超声成像中。系统的复杂 性、固体中波动传播的复杂性及成本费用高等原因， 使其在工业无损检测中的应用受限制。
• 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。
超声相控阵检测技术
探头的几何外形
Y=8.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 14 15 16
X =-7 .9 , Y =-8.0 --> X =7 .9
Y=4.4
45678911011121314156 3 2 1
X = -4.4 , Y = -4 .4 --> X = 4 .4
超声相控阵检测技术
超声轴+扫查轴 B扫
编码轴+扫查轴 C扫
超声相控阵检测技术
编码轴+扫查轴 C扫
超声相控阵检测技术
超声波探伤方法
• 共振法；脉冲回波法；穿透法； • 脉冲回波法原理(超声相控阵也是基于此原理)：
17
50 32 18 8
46 45
29 28 44
16
15 27 43 7
51 33 19 9 52 34 20 10
3
2
1
4
5
6 14 26 42 13 25 41 61
11 12 53 35 21
22 23 54 36
37 38 55
56 57
X=-6 .5 , Y=-6 .5 --> X =6 .5
线形阵 1维 线形 阵 2维 矩形 阵
圆形阵 1维 环形 阵 2维 扇形 阵
Y = 1 .9
4
8
12
16
20
24
28
32
3
7
11
15
19
23
27
31
2
6
10
14
18
22
26
30
1
5
9
13
17
21
25
29
X = -3 .9 , Y = -1 .9 --> X = 3 .9
Y=6.5
47 48
30 49 31
– 探头更少 – 机械部分少
超声相控阵检测技术
实验室的相控阵仪器： OminiScan
超声相控阵检测技术
相控阵探头
超声相控阵检测技术
OminiScan的主要性能
• 有两个模块，超声相控阵，电涡流的模块； • 全功能S扫描，A，B，C扫描，图形直观，快捷，方便； • USB接口，RS-232接口，视频输出和以太网接口； • 数据存储卡，接近计算机的人机界面； • 完整的报告设置；
超声相控阵检测技术
相控阵国内研究进展
• 2000年8月由中国石油天然气管道科学研究院等单 位组成了研究开发实体，于2001年5月在中国石油 天然气集团公司申请立项了“大口径环焊缝相控 阵超声波无损检测设备研制”科技开发项目，并 于2003年3月顺利通过了中国石油天然气集团公司 的鉴定，该项目的研制成功填补了国内空白，达 到了国外同类产品的水平。
超声相控阵检测技术
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；
• 这种显示方式能给出缺陷的水平投影位置，但不 能确定缺陷的深度；
• 一般A扫和C扫结合： A扫显示深度信息； C扫显示缺陷形状及当量信息；
• 科研院所：清华，天津大学，西安交大，大连理工，上 海交通大学；
超声相控阵检测技术
相控阵的优点
• 探头尺寸更小； • 检测难以接近的部位； • 检测速度快，检测灵活性更强； • 可实现对复杂结构件和盲区位置缺陷的检测 ； • 通过局部晶片单元组合对声场控制，可实现高速电子扫
描，对试件进行高速，全方位和多角度检测； • 由于以下因素可以节约系统成本：
超声相控阵检测技术
相控阵国外研究进展
• 目前，在国外，以相控阵超声检测技术为代表的新型 管道全自动超声检测仪已经进入实用阶段，代表了管 道焊缝检测技术的发展方向。90年代末，加拿大R/D TECH公司首先将相控阵检测技术应用于管道探伤领域， 开发了相控阵全自动超声检测系统。
• 相控阵超声检测系统是通过电子技术来实现声束的扫 查方向和聚焦深度的控制，可以以同一个探头来实现 不同壁厚、不同材质管道焊缝的检测任务，克服了常 规多探头自动超声检测系统调整难度大和探头适应范 围窄以及设备沉重的缺点。
• 国内的相控阵仪器还没有商品化；
超声相控阵检测技术
相控阵国内应用
• 相控阵技术目前在国内真正做到大量应用的尚只有西气 东输工程，在航空系统和核工业系统等一些部门也有少 量的应用；
• 西气东输：2000年9月在青海湖畔的实验段中，引进的 PipeWIZARD相控阵全自动超声检测系统。2001年，从西 气东输一标段的实验段，截至一标段主体管线完工时， 实际检测了焊缝6919道，其结果和射线底片结果的符合 率达80％以上，还检出了大量在射线底片上不明显的未 熔合缺陷；
超声相控阵检测技术
OminiScan仪器实际检测的图片
超声相控阵检测技术Fra bibliotek压电晶片
• 天然石英晶体、一水硫酸锂晶体、碘酸锂、 铌酸锂、钛酸钡、锆钛酸铅(PZT),钛酸铅、偏 铌酸铅和极化的多晶陶瓷等等。
• 最常用：PZT • 压电效应
超声相控阵检测技术
阵列探头的基本构造
1.压电晶片；2.声阻尼块；3.耦合层； 4.声透镜；5.导线。
24 40 60 39 59 58
超声相控阵检测技术
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)
超声相控阵检测技术
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。
• 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。