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细说超声相控阵探伤原理

作者:人气:发表时间:2020-9-14 10:41:32

超声相控阵技术原理

对于线性阵元排列组成的超声相控阵探头来说,给予各个阵元不同的延迟激励就可以控制波束的偏转和聚焦。


波束聚焦原理

使探头发射的超声束在一定深度范围内汇聚收敛称之为超声聚焦。由于声束的汇聚,使其穿透力和回波强度增强,可以改善探测灵敏度,分辨力也将大大得到提高。


波束偏转原理

在相控阵技术中就是利用波束的聚焦与偏转来达到高速扫描的效果,波束偏转的控制也是通过对各个阵元的激励延迟时间控制得到的。如果使各个阵元的延迟时间成等差数列,即各个阵元的触发脉冲序列是一个等差数列,此时相控阵探头发出的超声波束的合成波阵面法线与晶阵面成一个夹角,通过这种方式就可以实现波束的偏转控制。


波束偏转+聚焦原理

在相控阵技术中,为了提高检测精度,在波束发射时不仅需要控制波束的偏转而且还需要在控制波束偏转的基础上让其在需要的深度聚焦,这就是所谓的波束偏转+聚焦控制。在前面聚焦和偏转的基础上,对各个阵元的触发脉冲时序进行偏转和聚焦延迟叠加,也即是波束偏转的等差数列的延迟激励和波束聚焦的二次曲线的延迟激励进行叠加,就可以实现波束偏转+聚焦控制,以适应实际的探伤要求。此时相控探头发出的超声波束的合成波阵面是一个曲面,不仅实现了聚焦,而且具有一定的方向性。由此可见,在相控阵技术中,关键点就是对各个阵元延迟时间的控制。


相控接收原理

相控接收是指对反射回来的超声波进行接收,对于 A 超而言,由于超声波垂直发射,垂直接收,因此只需要在直接接收完成以后按照一定的规律进行数据提取就可以了。但是对于相控阵技术而言,它的难点就是在于相控阵接收回波的合成与相位补偿。因为对于相控发射而言它采用固定焦点法,一次发射只是一个偏转角度,而且在要求深度处聚焦,但是接收信号的时候处处都是焦点,对于只接收一个点来说,相控接收是相控聚焦的解焦。假设存在 7 个阵元,目标点到阵元面的距离为 F,位于阵元面的法线方向上,从而到达各个阵元的时间以阵元 4 为轴对称。对于目标点反射回来的回波,各个阵元进行接收,由于延迟时间不同,因此存在相位差,必须相位补偿后才能合成为一个回波点。

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