相控阵技术的基本基础知识.ppt

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1、相控阵培训课程,相控阵工作原理,Source: NDT On-line,相控阵定义,一种晶片的激发时间可以单独调节，以控制声束轴线和焦点等参数的换能器晶片阵列。,讨论提纲,相控阵能做什么？ 线形, 扇形 动态深度聚焦 线形和 扇形的结合,常见的探头阵列几何外形,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,探头参数： 频率 (f) 晶片数量 (n) 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),相控阵探头设计参数,一个长方形晶片被切割成许多个小晶片，形成一维阵列探头，每个小晶片都可以单独激发。,相控阵探头设计

2、参数,相控阵基础,晶片数量：10 孔径：10 x 10mm,波束聚焦,晶片数量：16 孔径：16 x 10mm,晶片数量：32 孔径：32 x 10mm,波束形成与晶片波束宽度的关系,波束的产生和聚焦,用不同的延时激发晶片产生不同外形的波束 这是一个纵波各个晶片延时相等,电子扫查,探头不作任何机械移动，而波束沿晶片阵列方向作电子扫查。 通过对激活晶片组进行多路延时，使波束产生移动。 扫查宽度局限于: 阵列中晶片的数量 采集系统支持的通道数量,激活晶片组,波束偏转,对横波而言, 延时参数是“倾斜的” 如图所示。,波束偏转和聚焦,图中有阵列里的各个晶片; 加在每个晶片上的延时; 产生的波束在早期、

3、中期和焦点处的形状。 为了聚焦和倾斜, 我们采用复合曲线和抛物线。,相控阵波束形成原理,常规超声探头波束角度偏转 (发射) 根据惠更斯原理产生超声波束 通过带角度楔块的延时使波束角度产生偏转,常规超声波束形成,常规超声探头波束角度偏转 (发射) 根据惠更斯原理产生超声波束 通过带角度楔块的延时使波束角度产生偏转,常规超声探头波束角度偏转 (接收) 根据惠更斯原理在楔块中产生超声波束 在超声波接收过程中带角度楔块提供延时使同相位信号在压电晶片上产生结构干涉。,常规超声波束形成,相控阵探头波束偏转 (发射) 根据惠更斯原理在楔块中产生超声波束 发射过程中通过软件施加精确延时产生带角度波束,相控阵波

4、束形成,相控阵波束形成 (接收) 接收过程中通过软件施加精确延时 只有符合延时法则的信号保持同相位，并在合计后产生有效信号。,S,相控阵波束形成,相控阵信号处理概述,相控阵波束形成,电子扫查,不依靠任何机械运动就将波束沿阵列的一个轴线移动的能力。 这种移动是靠晶片的时间多路传输技术实现的。 波束的移动取决于探头的几何外形 可能出现以下几种情况： 线形扫查 扇形扫查 横向扫查 以上扫查的组合,焊缝电子扫查,相控阵焊缝串列扫查,扇形(带方位角的) 扫查,扇形扫查 不改变位置而改变入射角 检测缺陷时很有用。,扇形扫查,扇形扫查可以不移动探头就检测整个待检工件 检测表面复杂或空间有限的情况下大有用武之

5、地 一个相控阵探头结合了宽波束探头和多焦点探头的优势,扇形扫查图例,扇形扫查动画,扇形扫查对“难以接近”的复杂型面十分适合如，涡轮叶的根部检测,涡轮焊接转子检测,相控阵检测: 30-60度的横波做扇形扫查 步进为1度 沿圆周轴向做机械扫查 相控阵探头: 5 MHz, 16晶片, 16 mm x 16 mm 固定在楔块上 试块: EDM槽2 mm x 0.5 mm,叶片根部的扇形扫查,扇形扫查和线形扫查结合,将两种扫查结合起来可以得到独特的视图 使用Tomoview 软件使设置更简单,电子/扇形扫查动画,动态深度聚焦示意图,动态深度聚焦（DDF） 在用一个脉冲检测薄件时十分有效。 波束在返回时重新聚焦,动态深度聚焦,标准的相控阵,动态深度聚焦,DDF 在扫查时不断为接收信号重新载入聚焦法则。 这一操作靠硬件完成, 所以很快。 现在用一个脉冲可以从0聚焦到100深度的地方。,动态深度聚焦动画,相控阵 T.O.F.D. 线形扫查,相控阵的优点,检测复杂型面 检测速度快 检测灵活性更强 探头尺寸更小 检测难以接近的部位 由于以下因素可以节约系统成本: 探头更少 机械部分少,