第二章 相控阵检测技术 (2)

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。

相控阵超声检验技术一、导读任何无损检验方法(NDT)的可信度很大程度上取决于人员因素。

进行相控阵超声检验的人员应经过培训并取得相应的资格。

通过检验人员的技能、教育经历、培训经历，NDT检验人员来证明自己能够根据工艺和设备（相控阵超声设备，扫描仪，探头，软件，分析分布图和报告）的特殊要求进行操作。

检验人员应熟悉应用于特殊零件的相控阵技术的基本特性。

应客户要求，关于R/D技术原理的第一本书出版了：相控阵技术应用简介：R/D技术指南。

该指南用大幅篇章介绍了基本的超声测试，数据评定和扫查方式，相控阵探头以及应用，适合广大读者使用，该指南包含大量实用信息堪称为实用手册。

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相控阵技术指南手册可视为NDT从业人员使用基本相控阵超声技术的备忘录。

它面向日常的操作，针对技术秘诀，介绍操作方法（工艺规范，标定，特征描述，重新启动，解决检验的问题）。

关于其大小，该手册设计为口袋书籍。

为使该手册能适应现场条件，我们采用防水抗扯的合成纸印刷该书，且封面和装订都十分牢固。

相控阵技术指南手册包括：·第一章“相控阵超声技术——基本特性“详述了PAUT（相控阵超神探伤的缩写）原理，介绍了主要硬件设备和相控阵声束组成类型和运动形式（线性，方位角型，深度型，平面型和3-D型）。

·第二章“相控阵探头——基本特性“详述了用于日常检验的PA（相控阵的缩写）探头及其主要特性。

范例介绍时使用的是大多数场合最常用的探头类型，即1-D平面线性阵探头。

·第三章“聚焦法则“——常用范例介绍了线性阵探头如Tomoscan ⅢTM PA探头（TomoView TM 2.2R9）和OmniScan○R PA探头定义聚焦法则的基本步骤。

·第四章“扫查方式，观察，和分布图”介绍了Tomoscan ⅢTM PA探头（TomoView TM 2.2R9）和OmniScan○R PA探头评定（A-扫查法，S-扫查法，B-扫查法，C-扫查法和D-扫查法）的主要数据，基本分布以及扫查方式。

火力发电厂无损检测新技术之相控阵超声检测技术简介相控阵超声检测技术，是通过控制换能器阵中各阵元的激励脉冲时间延迟，改变由各阵元发射（或接收）声波到达(或来自)物体内某点时的相位关系，达到聚焦和声束偏转的效果，实现缺陷检测的技术。

相控阵工作原理：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。

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，其他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。

图1 相控阵工作原理相控阵换能器最显著的特点是可以灵活、便捷而有效地控制声束形状和声压分布，其声束角度、焦柱位置、焦点尺寸及位置在一定范围内连续、动态可调；而且探头内可快速平移声束。

与常规超声检测技术相比，相控阵超声检测技术的优势在于：（1）不移动探头或尽量少移动探头可扫查厚大工件和形状复杂工件的各个区域，成为解决可达性差和空间限制问题的有效手段。

（2）用单轴扇形扫查替代栅格形扫查可提高检测速度。

（3）通常不需要复杂的扫查装置，不需更换探头就可实现整个体积或所关心区域的多角度多方向扫查。

（4）优化控制焦柱长度、焦点尺寸和声束方向，在分辨力、信噪比、缺陷检出率等方面具有一定的优越性。

（5）原生数据丰富，有多种显示方式，便于数据分析和长期保存。

在电力行业设备及装置中，厚壁工件、粗晶材料和复杂形状工件较多，应用相控阵技术可提高检效率，扩大超声检测应用范围，取得良好的经济效益和社会效益。

主要的应用对象有：（1）汽轮机转子叶根、轮槽和键槽；（2）汽轮机焊接隔板；（3）小径管焊缝；（4）电厂管道及角焊缝等。

第二章超声波声场的特性2.1 波源辐射声场超声检测或超声相控阵成像检测设备都是工作于主动检测方式。

即由作为生源的超声换能器或阵列超声换能器向被检测物体内发射超声波，然后由接收换能器或阵列换能器接收载有被检测物体内缺陷或组织信息的超声回波信号，再通过信息提取与处理，实现对被检测物体内部缺陷或结构的评估与成像。

2.1.1 波动方程物理声学中的波动方程是研究超声（或阵列）换能器的声场特性最基本的原理和方程。

若被超声检测的物体为金属材质，大部分区域被认为各点的声速和密度是一致的，被认为是均匀体，只是对于缺陷或组织不均匀区域则是不一致的；若被检测物体为生物体，物体内各点的声速与密度存在起伏，并非均匀一致。

本书只讨论在工程应用的超声相控阵成像检测技术，因此仅讨论在均匀介质中的声场。

在声速与密度非均匀的介质中，声波传播过程用非均匀介质中声波方程来加以描述。

非均匀介质中波动方程为（式2-1）式中，P是声强，是介质密度，c是声波的速度，▽是梯度算子。

假设声速和密度较之平均声速和平均密度有微小偏移，即其中<<，<<，那么，式（2-1）可以表示为（式2-2）式（2-2）等号右边两项称为散射项，有时也称为有源项。

就是说，当介质密度及声速非均匀时，则介质中有等效生源分布；但是，当介质均匀时，介质中没有等效声源分布，右边两项为0。

因此，可以得到理想流体介质中的波动方程（式2-3）上面三个公式是研究相控阵超声成像的理论基础，通常由式（2-3）触发来求解换能器或阵列换能器的辐射声场分布，而式（2-2）常用于描述非均匀介质中的散射场问题。

2.1.2 基于空间冲激响应的脉冲场模型在无损检测领域中，多采用脉冲，所用的换能器或换能阵通常也是宽带的，因此以下内容将对换能器或阵的脉冲声场进行讨论。

图2-1 单源换能器及其所在坐标系统如图2-1所示，假设一个任意形状的换能器嵌在无限大的刚性障板上，置于均匀介质中，那么该换能器的辐射声场可以通过求解均匀介质中的波动方程（2-3）来求得。

相控阵无损检测技术相控阵无损检测技术就像是检测世界里的超级神探，它那本事可大着呢！你看啊，普通的检测技术就像是拿着小木棍在黑箱子里瞎捅，完全不知道里面到底啥情况。

但相控阵无损检测技术就不一样啦，它就像拥有无数只小眼睛的超级怪物，每个小眼睛都能发射出神奇的“检测光线”，把被检测的物体里里外外看得透透彻彻。

这要是被检测的物体有啥小毛病，就像藏在被窝里的小臭虫，以为能躲过一劫，哼，在相控阵无损检测技术面前，那是无所遁形。

这个技术就像是一个超级精密的雷达系统，只不过它不是用来探测天上的飞机，而是用来深挖物体内部的“秘密”。

那些隐藏在材料深处的微小缺陷，就像是调皮的小老鼠躲在深深的地洞里，可相控阵无损检测技术就像一只超级猫，不管洞有多深，它都能把小老鼠给揪出来。

相控阵无损检测技术还特别的聪明呢。

它可以像一个经验丰富的老裁缝一样，精确地测量出材料的每一处“尺寸”。

如果材料有个裂缝啥的，这裂缝在它眼里就像一道刺眼的闪电，瞬间就被发现。

而且啊，它的准确性高得吓人，就像神射手射出的箭，指哪打哪，误差小得几乎可以忽略不计。

在工业界，相控阵无损检测技术简直就是个宝贝疙瘩。

就好比在一个巨大的玩具工厂里，每个玩具都要经过它的检查才能出厂。

那些可能存在的小瑕疵，就像玩具身上的小刺，相控阵无损检测技术这个挑剔的“质检员”，绝不会让带刺的玩具溜出去。

这技术还很灵活呢，就像个会变形的金刚。

它可以根据不同的检测对象和需求，迅速调整自己的检测策略。

不管是弯弯扭扭的管道，还是奇形怪状的金属部件，它都能像一把万能钥匙一样，轻松地开启检测的大门。

它的速度也相当快，就像一阵旋风席卷而过。

在大规模的检测工作中，它能迅速地完成任务，而不像那些慢吞吞的传统检测方法，像个老蜗牛一样一步一步挪。

相控阵无损检测技术就像是检测领域的魔法棒，一挥之下，所有的隐藏问题都原形毕露。

它是现代工业安全和质量保障的得力助手，少了它呀，就像炒菜没放盐，总觉得缺了点啥重要的东西。

相控阵无损检测原理
相控阵无损检测技术原理
相控阵无损检测技术是一种非破坏性的检测技术，可广泛应用于航空
航天、机械、电力、化工等领域。

本文将详细介绍相控阵无损检测技
术的原理。

一、相控阵原理
相控阵即通过一组火箭推进器或电子发射器，在特定时间内发射一组
给定的波形，然后将反射信号采集回来，并通过计算处理，获取测试
物体的内部结构信息。

相控阵是一种多元元件发生器和记录器的阵列，通过多个发射和接收单元的方式，可以调整发射和接收波束的角度和
方向，从而形成一种类似于摄像头的机制，进而收集到物体的内部结
构信息。

二、无损检测原理
相控阵无损检测技术是一种非破坏性的检测技术，可以对金属材料或
某些非金属材料进行高分辨率的检测。

相控阵无损检测技术的原理是
根据测试物体的不同性质，利用不同的波长和频率的电磁波进行检测。

通过对相控阵信号的反演和处理，可以获得高分辨率和高灵敏度的物
体内部结构信息。

三、相控阵无损检测技术的应用
相控阵无损检测技术拥有广泛的应用领域。

在航空航天、机械、电力、化工等领域，相控阵无损检测技术已成为诊断和评估工具的一种重要
手段。

其中，航空航天领域应用较多，主要应用于飞机和发动机部件
的检测和评估，包括发动机叶片、附属设备、通气口，以及飞机壳体、液压系统等部位的检测和评估。

综上所述，相控阵无损检测技术是一种非破坏性的检测技术，可以对
物体的内部结构进行高分辨率和高灵敏度的检测和评估，已被广泛应
用于航空航天、机械、电力、化工等领域。