相控阵超声检测系统及其关键技术的研究
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非线性超声相控阵无损检测系统及实验研究摘要:超声相控阵因其灵活的声束形成以及快速成像性能得到了越来越多的关注,成为超声无损检测领域新近发展起来的研究热点。
本文探讨了基于非线性超声相控阵的无损检测系统,并利用超声检测的标准试件对该系统的性能进行了检验。
关键词:相控阵;非线性超声;无损检测;反相脉冲前言超声相控阵则是用若干压电阵元组成阵列换能器,实现声束的相控发射与接收。
近年来医学领域B型超声诊断仪最先应用了超声相控阵技术进行动态聚焦,但是由于各种原因在工业无损检测中它的应用直到几年前还是空白。
虽然如此,最近几年来对相控阵超声检测的研究已成为热点,而且正在逐步走向应用。
1超声相控阵原理概述相控阵发射: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。
图1(a)中,阵列换能器各阵元的激励时序是两端阵元先激励,逐渐向中间阵元加大延迟,使得合成的波阵面指向一个曲率中心,即发射相控聚焦。
图1(b)中,阵列换能器各阵元的激励时序是等间隔增加发射延迟,使得合成波阵面具有一个指向角,就形成了发射声束相控偏转效果。
图1发射相控聚焦与偏转相控阵接收: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,而其它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。
2超声相控阵的国内外发展及研究现状国外研究及应用超声相控阵较为深入的国家主要有法国、加拿大、英国、德国、美国等。
1959年,第一个超声相控阵检测系统诞生,是由TomBrown研制的环形动态聚焦换能器系统,并注册了相关专利。
20世纪70年代初期,市场上出现了第一个医用超声相控阵换能器,可对人体进行横断面成像。
超声相控阵检测关键技术的研究的开题报告一、研究背景超声相控阵检测技术是目前非破坏检测领域中应用广泛的一种技术,特别是在航空航天、核电、石油、汽车、船舶等领域有着广泛的应用。
其主要原理是利用声波的物理性质对被测物体进行探测与表征。
当前,超声非破坏检测技术的发展方向是高清晰度、便携轻便、高效率、高性能和高自动化。
在这几个方面,超声相控阵技术具有明显的优势。
相较于常规超声探伤技术,超声相控阵技术可以更加精确地定位缺陷和杂质,同时可以提高检测效率。
因此,基于超声相控阵技术的检测成为了非破坏检测领域的研究热点。
二、研究内容本研究主要针对超声相控阵检测技术中的关键技术进行深入研究。
具体包括以下几个方面:1. 超声相控阵成像原理研究:了解超声相控阵成像的基本原理,研究超声波的传播规律以及超声信号的成像算法。
2. 多元阵列探头设计与优化:设计一种优秀的多元阵列探头,探头中包含多个元件,将它们发射的超声波相合,形成可控的声束,然后利用其接收回传信号,进一步确定被检测物体内部的信息。
3. 超声相控阵成像算法优化:分析超声相控阵成像算法的特点,发掘算法的局限性,并针对其问题的特点进行算法的优化,以提高成像精度和稳定性。
4. 相控阵检测系统设计:基于研究中的成果,设计一种完整的相控阵检测系统,其中包括探头、芯片、信号处理器、显示器等,满足检测实际应用的要求。
三、研究意义本研究将为超声相控阵技术的应用提供重要的基础理论研究和实际应用数据支持。
在国防工业、电力、铁路、材料科学和医疗保健等各个领域,该技术都有广泛的应用前景,并有望成为非破坏检测领域的企业和科研机构的标配技术之一。
同时也有指导意义,对超声相控阵成像算法和成像系统进行优化,促进其应用范围和成像效果的进一步提升,推动由定性到定量探测技术的发展。
四、研究方案本研究计划分为理论分析、算法设计、系统建模等几个阶段。
具体分为如下几个步骤:1. 文献调研:从已有的相关文献中进行调查研究,了解超声相控阵技术的背景、理论基础、应用现状等方面的信息。
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。
相控阵超声检测方案设计关键技术及其在航空航天领域的应用周正干;李尚凝;李洋【摘要】Ultrasonic phased array (PA) testing is a multi-channel ultrasonic testing (UT) pared with the conventional singular-channel water-immersion ultrasonic testing method,the design of PA testing solution is more flexible and more complex.In the design of a PA testing solution for the structures with complex surface,some mistakes may lead to false detection or missing detection.To design an optimal PA testing solution for structures with complex surface in aerospace,this paper puts forward a design method of PA testing solution and introduces the involved essential techniques and its applications.Firstly,a general overview of the design framework is made to indicate its importance and necessity.Then,the essential techniques of five involved theoretical approaches and their applications are stly,a PA testing software and hardware platform based on the above techniques is established and applied to the typical structures in aerospace.The results show that the designed PA testing solution can accurately detect the embedded defects within the structure.The proposed design method and the adopted theoretical approaches can improve the design efficiency,and have theoretical significance and a broad application prospect on the detection of complex structures in aerospace and other important fields.%相控阵超声检测技术是一种多通道超声检测方法,与常规单通道水浸超声检测技术相比,检测方案的制定更加灵活也更加复杂.在针对复杂型面结构进行检测方案设计时,错误的检测方案将可能产生缺陷的误检、漏检等严重问题.为了针对航空航天领域广泛存在的复杂结构试件制定最优的相控阵超声检测方案,本文提出了一套针对复杂型面结构的相控阵超声检测方案设计流程,并对其中涉及的关键技术和应用进行介绍.首先,对流程框架进行总体概述,表明检测方案设计的重要性和必要性;然后针对其中涉及的5项关键理论方法的核心原理及用途进行介绍;最后搭建相控阵超声软硬件平台,实现上述关键理论方法,并用于航空航天典型结构件的检测研究.研究结果表明,所制定方案能够准确检出结构内部的预埋缺陷,满足被测对象的检测要求,并且所提出的检测方案设计流程及采用的关键理论方法有效地提高了检测方案的设计效率,对航空航天等重要领域复杂结构试件的检测应用具有一定的理论指导及应用价值.【期刊名称】《南京航空航天大学学报》【年(卷),期】2017(049)004【总页数】7页(P461-467)【关键词】相控阵超声检测;射线追踪;声场分析;成像算法【作者】周正干;李尚凝;李洋【作者单位】北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京,100083;北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京,100083;北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】V262;TB553相控阵超声检测技术是一种基于阵列换能器的多通道检测法,可通过相位控制的手段使声波在试件内部的指定区域进行偏转聚焦。
管道对接焊缝相控阵超声检测1. 引言1.1 研究背景管道对接焊缝相控阵超声检测是近年来随着工业领域的发展而逐渐兴起的一项重要技术。
管道在工业生产中起着至关重要的作用,而管道对接焊缝则是管道连接中不可或缺的部分。
传统的焊缝检测技术存在着检测精度低、效率低、对焊缝缺陷的检测能力不足等问题,因此急需一种能够高效、准确、全面检测焊缝缺陷的新技术。
目前,随着超声技术的不断发展和改进,管道对接焊缝超声检测成为一种备受瞩目的技术。
相控阵超声检测技术可通过多个超声探头同时发射和接收超声波,实现对焊缝的全面扫描和准确探测,具有高分辨率、高灵敏度、高重复性等优点。
结合管道对接焊缝特点,相控阵超声检测技术被广泛应用于管道对接焊缝的检测领域。
本研究旨在探讨管道对接焊缝相控阵超声检测技术的原理、方法、技术、设备及应用,并研究在实际应用中可能存在的问题,为今后的研究提供借鉴和参考。
通过对该技术进行深入研究和分析,可以为提高管道连接质量、降低安全风险、节约成本、提高生产效率等方面提供有力支撑,具有重要的研究意义和实际应用价值。
1.2 研究目的管道对接焊缝相控阵超声检测是一种非常重要的无损检测技术,可以有效地对管道焊缝进行检测和评估。
本文旨在探讨这一技术在管道工程中的应用和发展。
通过对管道对接焊缝相控阵超声检测的研究,可以深入了解焊缝的结构及缺陷情况,及时发现问题并加以修复,从而保障管道工程的安全运行。
对该检测技术的进一步优化和改进,可以提高检测的准确性和可靠性,为管道工程的施工和维护提供更为可靠的技术支持。
1.3 研究意义管道对接焊缝相控阵超声检测在工业领域扮演着重要的作用,其研究意义主要表现在以下几个方面:管道对接焊缝超声检测技术的发展能够提高工作效率,降低人工成本。
相比于传统的目视检测或X射线检测,超声检测可以实现自动化、高效率的检测,大大减轻了工作人员的劳动强度。
管道对接焊缝超声检测技术的研究还能促进超声检测技术的发展,推动无损检测领域的进步。
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。
无损检测技术的新方法研究随着科技的不断发展,各行各业都在不断寻找新的技术方法来提高效率和减少成本。
无损检测技术正是其中之一。
无损检测技术是指通过一系列非破坏性的测试方法,来检验材料或构件是否存在缺陷的一种技术。
在制造业及安全管理等领域中有非常广泛的应用,例如钢铁、航空、汽车、电子等行业。
本次文章将介绍几种无损检测技术的新方法研究。
1. 相控阵超声检测技术相控阵超声检测技术是一种非常有前途的无损检测方法。
它利用可编程电子线路控制超声波束的发射和接收,可以使得超声波束能够精确地经过被检测物体中的任何部分。
这样即使在复杂结构的物体中,也可以同样精确地检测到缺陷的存在。
而且,相控阵超声检测技术不仅可以检测材料的缺陷,还可以检测材料的物理性能,例如弹性模量、材料厚度等。
这使得检测精度非常高,有很好的应用前景。
2. 红外成像检测技术红外成像检测技术是近年来新发展起来的一种无损检测技术。
它利用红外线辐射来探测被测物体的表面温度变化,从而检测物体的缺陷。
红外成像检测技术可以对高温材料进行无损检测,例如钢铁、混凝土等。
而且,它不仅可以检测材料的表面温度变化,还可以检测材料的内部温度分布以及其它物理性能。
红外成像检测技术有广泛的应用场合,例如火灾探测、太阳能热利用等。
3. 磁测法检测技术磁测法检测技术是一种通过测定被检测材料产生的磁场来判断材料是否存在缺陷的检测方法。
由于材料缺陷会使得磁场分布发生变化,可以通过改变外部磁场的方向和大小来判断这种变化。
这种技术可以对钢铁、铜、铝等金属材料进行无损检测,适用于各种复杂结构及几何形状的材料。
并且,磁测法检测技术对于一些微小的缺陷也有较好的检测精度。
综上所述,随着无损检测技术的不断发展,各种新的无损检测方法层出不穷,有着更好的检测精度和更广泛的应用场景。
无损检测技术将会在以后广泛应用于制造业和安全管理等领域,为人们的生活带来更加便利和安全。
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。
超声波相控阵检测原理和应用一、原理1.超声波的传播特性:超声波是一种机械波,其传播速度随着介质的密度和弹性变化而变化。
在介质中传播时,超声波会发生折射、反射、散射等现象,这些现象提供了成像和检测的基础。
2.相控阵技术:超声波相控阵技术是通过调节超声波发射源和接收阵列的相位差来实现波束的转向和调节。
通过调整发射机的相位差、脉冲宽度和幅度,可以实现超声波的定向发射。
同时,通过接收阵列的处理和计算,可以实现波束的转向和聚焦。
3.接收信号处理:在超声波相控阵检测中,接收到的信号将经过一系列的处理和计算。
通常会采集多个接收阵列上的信号,并进行幅度衰减、相位调整和矩阵运算等处理,最终得到目标物体的成像结果。
二、应用1.非破坏性检测:超声波相控阵检测技术可以对物体进行非破坏性的检测,无需直接接触目标物体,可以避免对物体造成损伤。
2.成像效果好:相比传统的超声波成像技术,超声波相控阵检测具有更好的分辨率和图像质量,可以更清晰地显示目标物体的特征。
3.检测范围广:超声波相控阵检测技术可以应用于各种不同材料的检测,包括金属、塑料、陶瓷等材料,适用于检测多种缺陷和异常。
基于以上原理和优点,超声波相控阵检测技术在很多领域有着广泛的应用,主要包括以下几个方面:1.医学领域:超声波相控阵检测技术在医学领域中被广泛应用于人体的各种检查和诊断,如超声心动图、超声CT等。
通过超声波的成像,可以对人体内部的器官、组织和血管等进行检查和诊断,具有较高的精度和安全性。
2.材料检测:超声波相控阵检测技术可以用于各种材料的缺陷检测和质量评估,如金属的焊缝检测、陶瓷材料的裂纹检测等。
通过超声波的成像,可以对目标物体的内部结构和缺陷进行评估和分析。
3.航空航天领域:超声波相控阵检测技术可以用于航空航天领域的飞机结构检测和维护,如飞机机翼的疲劳裂纹检测、飞机结构的完整性检测等。
通过超声波的成像,可以及时发现和修复结构中的缺陷和损伤,提高飞机的安全性和可靠性。
相控阵超声检测技术标准与实践一、相控阵超声检测技术简介相控阵超声检测技术是一种基于超声波的检测方法,通过相控阵列换能器实现超声波的聚焦和偏转。
其原理是利用高频超声波在材料中传播时遇到不同界面产生的反射和折射现象,通过接收和处理这些回波信号,实现对材料内部结构的无损检测。
相控阵超声检测技术自20世纪90年代问世以来,凭借其高分辨率、高精度和高可靠性等优势,迅速在多个领域得到广泛应用。
二、检测应用领域相控阵超声检测技术在多个行业中都发挥着重要的作用,以下是其主要应用领域:1.工程建筑:用于混凝土结构、钢结构等材料的无损检测,确保结构的完整性。
2.石油化工:对管道、压力容器等设备进行定期检测,预防潜在的安全隐患。
3.航空航天:用于飞机零部件、发动机叶片等关键部件的无损检测,确保飞行安全。
4.轨道交通:对高铁、地铁车辆的车体材料进行检测,确保运行安全。
5.新能源:对风力发电机叶片、太阳能板等新能源设备的无损检测。
三、技术标准与规范相控阵超声检测技术的标准与规范主要涉及以下几个方面:1.检测方法:应明确规定检测方法,如单晶、多晶、线性或扇形扫描等。
2.仪器设备:应规定相控阵超声检测设备的性能参数、校准和维护等方面的要求。
3.操作流程:应明确检测前准备、数据采集、数据处理和结果解释等步骤的具体操作要求。
4.数据分析与解释:应规定数据的分析方法、缺陷评定原则和结果表达方式。
5.安全与环保:应规定检测过程中的安全措施和环保要求。
四、数据分析与解释相控阵超声检测技术的数据分析主要包括以下步骤:1.数据预处理:去噪、增益调整等,以提高数据质量。
2.成像处理:通过信号处理技术,将原始数据转换为可视化的超声波图像。
3.缺陷识别:通过图像处理技术,识别并定位材料中的缺陷。
4.定量与分类:根据缺陷的尺寸、形状等信息,对缺陷进行分类和定量分析。
5.解释与评估:结合专业知识,对缺陷的性质和潜在影响进行解释和评估。
五、检测质量控制与改进措施为确保相控阵超声检测技术的质量和准确度,应采取以下措施:1.人员培训:定期对操作人员进行技术培训和考核,提高其专业水平。
管道对接焊缝相控阵超声检测1. 引言1.1 管道对接焊缝相控阵超声检测的意义管道对接焊缝相控阵超声检测是指利用超声波技术对管道焊缝进行无损检测的一种方法。
其意义在于能够及时准确地发现管道焊缝存在的裂纹、夹杂物、疲劳等缺陷,确保管道的安全运行。
管道在输送液体或气体时承受着巨大的压力和温度变化,焊缝是管道中最容易出现问题的部位之一。
通过对焊缝进行超声检测,可以有效预防管道的泄漏或爆炸事故,保障工业生产和人们的生命财产安全。
管道对接焊缝相控阵超声检测的意义不仅在于检测管道焊缝的质量,也在于提高工作效率、节省成本,并在工程建设领域中发挥着重要作用。
通过对管道对接焊缝相控阵超声检测的研究和应用,可以不断提升检测技术水平,提高管道设备的安全性和可靠性,推动工程技术的发展。
1.2 管道对接焊缝相控阵超声检测的发展历程20世纪80年代,相控阵超声技术开始应用于管道对接焊缝的检测。
通过多元素探头的设计和控制,相控阵超声技术可以实现多角度、多方向的检测,大大提高了检测效率和准确度。
随着数字化技术和计算机技术的发展,相控阵超声检测设备也得到了不断优化和升级,成为现代管道对接焊缝检测的主流技术之一。
经过多年的发展和实践,管道对接焊缝相控阵超声检测技术已经取得了显著的成果。
其检测速度快、精度高、可靠性强的优势,使其在石油、化工、船舶等领域得到了广泛应用。
未来,随着科技的不断进步和创新,相信管道对接焊缝相控阵超声检测技术将会迎来更加辉煌的发展。
1.3 管道对接焊缝相控阵超声检测的现状相控阵超声检测技术的应用范围不断扩大。
不仅可以应用于普通管道的焊缝检测,还可以应用于复杂形状的焊缝检测,如T型、Y型等焊缝。
检测设备不断更新换代,性能不断提升。
随着科技的进步,相控阵超声检测设备的分辨率、灵敏度和稳定性等方面得到了极大的提高,使得焊缝检测更加精准和可靠。
相控阵超声检测方法不断创新。
工程师们在实践中不断摸索和改进检测方法,使得对焊缝的检测更加快捷和全面。
超声相控阵成像技术在航空检测中的应用研究超声相控阵成像技术(PHASED ARRAY ULTRASONIC TESTING,简称PAUT)是一种非破坏性检测技术。
它利用超声波在被测物体中传播、受到反射或透射并接收回来的特性,进行缺陷检测和定位。
该技术被广泛应用于航空、航天、轨道交通、核工业等领域。
在航空制造领域中,PAUT技术已成为一项关键技术。
随着航空工业的发展,飞机的安全性、可靠性和使用寿命等指标对质量检测提出了更高的要求。
PAUT技术能够快速、准确地在工作中对飞机结构进行检测,能有效地避免由于缺陷导致的飞行事故和性能下降。
在航空制造中,PAUT技术可以检测铆钉、焊接、结构等缺陷,能够检测到不可见缺陷,如铆钉的孔蚀、铆钉的头部差异、双层结构下的裂纹、腐蚀等。
通过PAUT技术,可以检测铆接点、拉杆、抗压杆、翼缘等部位,以确保飞机结构的强度、稳定性和耐久性。
同时,PAUT技术还能进行3D成像,提供更直观的信息以及更准确的定位,从而减少了二次调整的损失。
PAUT技术的应用也不仅仅局限于航空制造领域。
在飞机修理和维护过程中,该技术可以快速、准确地确定缺陷的位置和性质,对飞机架构进行维护维修和改进提供了宝贵的信息支持。
同时,在基于PAUT技术的无损检测中使用合适的探头、接口、编码器、像素等设备,可以大大提高检测效率和准确性。
这使得PAUT技术成为了一种非常优秀的常规非破坏性检测技术。
尽管PAUT技术在航空制造领域中的应用表现出了出色的性能,但不可避免地会面临着一系列技术难题。
首先,需要根据不同的工件属性、缺陷类型、检测深度等考虑合适的探头、频率、角度、聚焦、编码器、误差处理等参数,来提升PAUT 技术的效果。
其次,PAUT技术还需要不断地升级和改进。
例如,需要改善PAUT技术在液态和液固两相交界处的探测能力等。
最后,PAUT技术在操作和分析上也需要经验和专业的技能。
因此,PAUT技术的进一步推广和应用仍需要不断地努力。
㊀2021年㊀第1期Pipeline㊀Technique㊀and㊀Equipment2021㊀No 1㊀基金项目:浙江省质量技术监督系统NQI项目(20180110);浙江省市场监督管理局NQI项目(20190112)收稿日期:2020-08-09超声相控阵缺陷检测技术研究刘会彬1,2,叶凌伟1,2,徐㊀峰1,2(1.浙江省特种设备科学研究院,浙江杭州㊀310020;2.浙江省特种设备安全检测技术研究重点实验室,浙江杭州㊀310020)㊀㊀摘要:为了将相控阵超声检测技术进一步推广应用,对带有人工缺陷的试件分别采用CR㊁超声相控阵检测技术进行检测,将检测结果进行比对,试验结果表明CR检测技术与相控阵检测技术在体积型缺陷与面积型缺陷检出率方面各具优势,应结合实际工件使用工况,确定可能出现的缺陷类型,采用合适的检测方法与检测工艺,最大限度地提高缺陷检出率㊂关键词:超声相控阵;X射线计算机辅助成像;缺陷检出率中图分类号:TB553㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1004-9614(2021)01-0022-04ResearchonUltrasonicPhasedArrayDefectDetectionTechnologyLIUHui⁃bin1,2,YELing⁃wei1,2,XUFeng1,2(1.ZhejiangAcademyofSpecialEquipmentScience,Hangzhou310020,China;2.KeyLaboratoryofSpecialEquipmentSafetyTestingTechnologyofZhejiangProvince,Hangzhou310020,China)Abstract:Inordertofurtherpopularizeandapplythephasedarrayultrasonicdetectiontechnology,inthispaper,thetestspecimenwithartificialdefectsweretestedadoptingCRandultrasonicphasedarraydetectiontechnology,detectionresultswerecomparedandresultsshowthatCRdetectiontechnologywithultrasonicphasedarrayinspectiontechnologyintermsofvolumetypedefectandareatypedefectofdefectdetectionratehaveadvantages,thepossibledefecttypesaredeterminedaccordingtotheactualworkingconditions,andappropriatedetectionmethodsandtechniquesshouldbeadoptedtomaximizethedefectdetec⁃tionrate.Keywords:ultrasonicphasedarray;X⁃raycomputer⁃aidedimaging;defectdetectionrate0㊀引言新型制造技术的不断涌现,极大地促进了构件在设计与制造方面的灵活性与复杂性㊂然而这些制造技术需要兼顾安全方面的要求,对结构完整性与检测方法提出了更高的要求㊂无损评估作为一种综合型检测方法,能够在不影响制造部件的完整性和功能的情况下进行检测,广泛应用于工业产品质量控制中㊂超声检测(UT)作为无损检测的一种方法,在检测过程中发挥着重要的作用,尤其是相控阵超声检测(PAUT)技术的使用,解决了常规超声难以实现构件完整性检测的不足㊂与常规超声相比,PAUT技术的优势体现在:灵活的声束偏转与聚焦能力;针对特定的检测情景可以引入成像算法和优化的聚焦法则㊂但是,特种设备行业相控阵检测标准尚未发布,这项新技术在实际大量推广应用前必须经过多方论证[1-4]㊂计算机射线照相检测(computedradiography,简称CR)技术是指采用X射线成像板(imagepanel,简称IP板)代替常规的X射线胶片来接受X射线照射,通过基于光激励荧光粉的成像板记录X射线影像,形成潜影,而后通过激光扫描激发与潜影能量分布一致的可见光,并进一步转换为电信号,生成可以传输和储存的数字图像[5]㊂CR具有检测速度快㊁成像质量高㊁节能环保等优点,在工业无损检测领域中展现出良好的应用前景㊂本文结合CR检测技术在检测方面具有效率高㊁检测灵敏度高的优势,分别采用相控阵检测技术与㊀㊀㊀㊀㊀第1期刘会彬等:超声相控阵缺陷检测技术研究23㊀㊀CR技术对人工缺陷试块进行了检测试验,通过比较分析两种检测技术在缺陷定量定性㊁缺陷检出率的差异㊂试验结果表明CR检测技术与PAUT检测技术在体积型缺陷与面积型缺陷检出率方面各具优势,应结合实际工件使用工况,确定可能出现的缺陷类型,采用合适的检测方法与检测工艺,最大限度地提高缺陷检出率㊂1㊀检测原理CR系统 是X射线计算机辅助成像系统(X-Raycomputedradiographysystem)的简称,其基本原理就是用IP成像板代替传统胶片接受射线照射,射线使IP成像板的荧光材料(磷)形成潜影,然后通过扫描成像板,使被检工件形成图像,并直接数字化存储到硬盘或者光盘等载体里,通过计算机进行评定[6],见图1㊂图1㊀CR技术原理示意图相控阵探头由多个阵元按照一定的排布方式组成,是一种阵列传感器技术,每个晶片的激励与接收时间由不同的收发电路控制㊂相控阵超声检测技术通过控制换能器阵中各阵元的激励(或接收)脉冲的时间延迟,改变由各阵元激励(或接收)声波到达工件内某点的相位关系,因阵元在宽度方向上尺寸较小,可将各个阵元看成线状波源㊂当各阵元以相同频率信号激发时,各阵元发射的声波具有相干性,叠加干涉后的声波是具有指向性或聚焦特性的合成波束,从而实现声束的偏转与聚焦,然后借助机械与电子扫描互相结合的方式实现成像㊂相控阵超声检测技术可获得检测区域范围内的二维扫描实时图像,图像显示特征取决于缺陷特征和缺陷相对于探头的取向㊂常规超声的定量方法为在同一扫查灵敏度的基准上,将检测到的缺陷回波高度与标准反射体校准时的回波高度都保持80%满屏波高,取其增益差值作为评判缺陷当量大小的依据㊂而在相控阵超声方法中,由于相控阵独特的扇扫显示模式具有二维可视性,可通过计算缺陷端面的差值计算缺陷大小㊂通过优化调整聚焦法则能够确定一个深度范围内的缺陷真实深度位置㊂2㊀检测设备及步骤试验对象及状况:以实验室内板厚为16mm的缺陷试板(记为1#试件)及Φ51ˑ4mm的缺陷样管(记为2#试件)为例,每个试样中都有一定数量的缺陷,缺陷类型涵盖了体积型缺陷与面积型缺陷㊂相控阵检测系统主要由Phascan32/128PR相控阵检测仪㊁数据传输线㊁扫查器和检测探头组成㊂此相控阵检测仪具有超声波发射㊁接收㊁放大㊁数据自动采集㊁记录㊁显示和分析功能,支持面阵/双面阵检测,3D仿真设置功能,实时查看工艺设置,支持管座角焊缝检测等功能㊂针对平板试件检测使用的相控阵探头型号为4L32-0.5ˑ10-D2,楔块型号为SD2-N55S-IH,针对管状试件检测使用的相控阵探头型号为7.5S16-0.5ˑ10-D10,楔块型号为SD10-N560S-AOD51㊂为了将超声波耦合至工件中,在检测表面均匀涂上机油,检测时将探头夹持在相应的扫查器上,以适当的力按压探头,保证声能的传递㊂扫查时接上编码器,就可以对缺陷检测过程进行记录㊂试验步骤:(1)检测前应对检测对象的基本情况进行了解和分析,包括被检对象形状㊁规格㊁材质㊁焊接方法㊁坡口型式㊁焊缝宽度㊁余高等,根据这些基本信息,利用相关模拟软件进行检测工艺模拟,最终给出合理的检测工艺㊂(2)检查焊缝表面外观㊁焊缝宽度和余高㊁检测面光洁度,检测面探头移动区域应打磨平整并露出金属光泽,并清除焊接飞溅㊁铁屑㊁油污及其他影响声能传播的杂质,以保证检测数据的可追溯性和可重复性㊂(3)结合被检工件实际情况,根据工件厚度㊁材质㊁检测位置㊁检测面形状等确定合适的探头楔块组合参数,包括探头类型㊁频率㊁阵元中心距㊁晶片数㊁楔块角度等㊂(4)根据被检工件厚度㊁焊缝坡口㊁检测参数输入对应的焊缝参数和检测参数,完成工件和焊缝的模拟,以便于后续的声束覆盖计算㊂选择合适的聚焦法则,合理选择第一阵元㊁末阵元㊁虚拟孔径㊁聚焦深度㊁扇扫角度范围㊁扇扫角度步进等㊂㊀㊀㊀㊀㊀24㊀PipelineTechniqueandEquipmentJan 2021㊀(5)检测前,应对仪器进行校准,校准分为声速校准㊁延迟校准㊁灵敏度校准㊁TCG校准㊁编码器校准㊂(6)利用标准试块或者对比试块上的人工反射体设置增益㊂(7)根据之前做好的扫查方案开始扫查焊缝,扫查速度不能超过仪器设置的最大速度,应当尽量均匀扫查,且保持良好的耦合,扫查时应实时显示扫查结果,如果发现有断线或者数据丢失,则应后退重新扫查㊂3㊀检测试验按照试验步骤,在表面检查完成后,将相控阵探头安装在扫查器上,连接主机后,按照之前模拟的检测工艺进行设置,按照既定的扫查方案进行检测数据采集,采集数据完成后对检测数据进行评定㊂为了验证相控阵检测的合理性,相控阵数据采集完成后采用CR检测技术对此次试验的2个试件进行对比试验㊂3.1㊀超声相控阵检测试验采用Phascan32/128PR相控阵检测仪与相控阵探头4L32-0.5ˑ10-D2㊁楔块SD2-N55S-IH,对1#试件进行相控阵检测,焊缝示意图如图2(a)所示㊂采用扇形扫描+沿线扫查的方式,扫查示意图如图3所示,使探头前沿与焊缝中心偏置距离固定为12mm,角度范围设置为35ʎ 70ʎ,角度步径设置为0.5ʎ,阵元数设置为32,检测灵敏度设置为Φ2ˑ40mm长横孔回波信号幅值调整至满屏高度的80%,使探头与编码器联动,完成检测数据的记录㊂采用Phascan32/128PR相控阵检测仪与自聚焦相控阵探头7.5S16-0.5ˑ10-D10㊁楔块SD10-N560S-AOD51,对2#试件进行相控阵检测,焊缝示意图如图2(b)所示㊂采用扇形扫描+沿线扫查的方式,扫查示意图如图4所示,使探头前沿与焊缝中心偏置距离固定为6mm,角度范围设置为35ʎ 75ʎ,角度步径设置为0.5ʎ,阵元数设置为16,检测灵敏度设置为Φ2ˑ20mm长横孔回波信号幅值调整至满屏高度的80%,使探头与编码器联动,完成检测数据的记录㊂3.2㊀CR检测试验采用便携式GEERESCOMF4工业X射线机与CRxVision扫描仪,对1#㊁2#试件进行CR检测,1#试件与2#试件分别采用源在外单壁透照技术和双壁双影(a)1#试件焊缝示意图(b)2#试件焊缝示意图图2㊀焊缝示意图图3㊀1#试件扫查示意图透照技术,焦距均为780mm,射线机焦点尺寸为2.0mm㊂1#试件曝光参数为:管电压220kV;管电流3mA;曝光时间45s㊂2#试件曝光参数为:管电压210kV;管电流4mA;曝光时间30s㊂测量曝光后CR图像缺陷位置㊁长度等㊂CR系统扫描分辨率设定为70μm,IP板型号选为IPC2,依据扫描分辨率和成像板型号,该CR扫描仪能够实现自动匹配激光和增益等参数,以保证最佳检测质量和效果㊂3.3㊀结果与分析图5为裂纹缺陷的相控阵超声检测S扫描图像和CR检测结果,表1与表2分别为1#试件与2#试件相㊀㊀㊀㊀㊀第1期刘会彬等:超声相控阵缺陷检测技术研究25㊀㊀图4㊀2#试件扫查示意图控阵超声检测和CR检测试验对比结果㊂考虑到2#试件CR检测时,缺陷起始位置测量存在一定的难度,因此2#试件CR检测时只给出缺陷长度测量值㊂表1㊀1#试件CR与PAUT检测结果对比mm序号实际缺陷起始位置[长度]PAUT起始位置[长度]CR实测起始位置[长度]实际缺陷高度PAUT缺陷测高缺陷类型1#48.0[24.0]46.0[26.0]47.00[28.88]4.03.4裂纹2#169.0[18.0]167.0[13.0]168.00[18.28]2.01.6内凹3#291.0[15.0]290.0[12.0]2.53.1未熔合表2㊀2#试件CR与PAUT检测结果对比mm序号实际缺陷起始位置[长度]PAUT起始位置[长度]CR缺陷长度实测值实际缺陷高度PAUT缺陷测高缺陷类型1#30.0[18.0]22.0[22.0]15.001.51.3裂纹2#84.0[1.5]79.0[4.0]Φ2.00气孔3#112.0[12.0]110.0[18.0]12.921.52.2未熔合㊀㊀从表1与表2中试验对比数据可以看出,CR检测技术与PAUT检测技术在体积型缺陷与面积型缺陷检出率方面各具优势,相控阵检测技术对面积型缺陷(如裂纹㊁未熔合)具有很高的检测灵敏度,对体积型缺陷(如气孔㊁内凹)检测灵敏度相对降低,但也可以保证缺陷的检出,在缺陷尺寸(缺陷位置㊁长度㊁自身高度)测量方面,也与缺陷实际尺寸表现出较好的一致性㊂而CR检测技术在体积型缺陷检测方面能很好地与缺陷实际情况相符(气孔㊁内凹均能可靠检出),对部分面积型缺陷未能发现(1#试件未熔合缺陷未发现)㊂因此实际检测过程中,应结合实际工件使用工况,确定可能出现的缺陷类型,采用合适的检测方法与检测工艺,最大限度地提高缺陷检出率㊂(a)相控阵超声S扫描检测(b)CR检测图5㊀裂纹缺陷的相控阵超声检测S扫描图像和CR检测结果4㊀结束语相控阵超声以其灵活的声束偏转与聚焦能力㊁独特的成像方式,在复杂工件缺陷检测中,尤其凸显出其技术优越性㊂检测前按照模拟完善的检测工艺配置相应的检测参数,通过相控阵探头与扫查器的联动作用,遵从既定的扫查方案进行检测数据采集,可以实现超声检测过程的可记录性,采集完数据后对检测数据进行评定㊂笔者经对比试验表明:(1)采集到的缺陷图谱具有较明显的缺陷信号特征,缺陷可识别性较强;(2)采用多种成像模式分析超声信号的特征,为缺陷的定性提供了便利;(3)检测前模拟可以有效保证焊缝扫查的全覆盖;(4)CR检测技术与PAUT检测技术在体积型缺陷与面积型缺陷检出率方面各具优势,应结合实际工件使用工况,确定可能出现的缺陷类型,采用合适的检测方法与检测工艺,最大限度地提高缺陷检出率㊂参考文献:[1]㊀李衍.小径薄壁管PAUT最新进展[J].无损探伤,2015(1):1-5.(下转第41页)㊀㊀㊀㊀㊀第1期徐洪涛:油气管道牵引机器人设计与仿真41㊀㊀机器人运动过程中,弹簧提供了使轮子压紧管道内壁的力,从ADAMS中也可以得到弹簧力的曲线,分别取机器人行走部和支撑部的一个弹簧进行分析㊂机器人行走部弹簧受力曲线如图10所示;机器人支撑部弹簧受力曲线如图11所示㊂图10㊀机器人行走部弹簧受力曲线图图11㊀机器人支撑部弹簧受力曲线图由于模型装配时,机器人主轴与管道同轴,导致初始状态机器人与管道存在一定间隙,运动仿真时,机器人在重力作用下下落,与管道内壁发生碰撞,引起0时刻时碰撞力比较大㊂然后在机器人运动之后,弹簧开始正常变化,在机器人整个运动过程中,机器人弹簧的弹力变化稳定,说明机器人在运动过程中受力情况良好,结构较稳定㊂3㊀结论本文设计的蠕动式电磁驱动管道牵引机器人在直管道中运动时,受力状况良好,结构稳定,可以作为新建无流体管道㊁停输管道㊁非常规流体管道㊁分支管道㊁逆流体流向管道等特殊工况检测的有效工具㊂参考文献:[1]㊀李柏松,王学力,徐波,等.国内外油气管道运行管理状况与智能化趋势[J].油气储运,2019,38(3):241-250.[2]㊀张禹,王宁,赵文川,等.蠕动式软体管道机器人设计及测试[J].食品与机械,2020,36(7):82-86.[3]㊀姜锦涛.低压输气管道内检测技术研究与应用[J].管道技术与设备,2020(1):25-28.[4]㊀贾海东.小口径管道内检测通过能力验证试验[J].管道技术与设备,2017(6):25-27.[5]㊀段颖妮,韩佐军,杨振钢,等.一种在役管道检测机器人蠕动式柔性牵引机构[J].机械制造与自动化,2018,47(5):172-175.[6]㊀李文章,周明连.全气动管道检测机器人的研制[J].液压与气动,2020(8):161-166.作者简介:徐洪涛(1982 ),工程师,主要从事长输油气管道及LNG接收站技术管理及技术研发工作㊂E⁃mail:396120103@qq.com(上接第25页)[2]㊀李衍.焊缝超声相控阵检测 最新国际标准介绍[J].无损探伤,2012(4):21-29.[3]㊀BRIZUELAJ,CAMACHOJ.Improvingelevationresolutioninphased⁃arrayinspectionsforNDT[J].NDTandEInterna⁃tional,2019,101(1):1-16.[4]㊀王旭.对超声相控阵聚焦法则中声束角度设置的研究[J].无损探伤,2019(5):36-37.[5]㊀李衍.工业数字RT最新国际标准[J].无损探伤,2017(3):23-31.[6]㊀高海霞,刘劲松,尹可新,等.CR检测技术在输气支线管道中的应用[J].管道技术与设备,2019(4):27-28.作者简介:刘会彬(1990 ),硕士研究生,工程师,主要研究方向为特种设备无损检测新技术等㊂E⁃mail:liuhuibinchina@126.com。
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相控阵超声检测系统及其关键技术的研究
相控阵超声检测系统及其关键技术的研究
摘要:相控阵超声检测系统是一种可以实现多通道接收和发送的超声成像系统,广泛应用于医学、工业和军事领域。
本文主要介绍了相控阵超声检测系统的原理、结构以及关键技术,并对其未来发展方向进行了展望。
一、引言
相控阵超声检测系统是一种基于超声波技术的成像系统,利用多个发射和接收元件的组合,可以实现对被测物体的全方位成像和准确定位。
相比传统的超声检测系统,相控阵技术具有分辨率高、成像速度快以及控制灵活等优势,因此在医学、工业和军事领域得到了广泛应用。
二、相控阵超声检测系统的原理
相控阵超声检测系统由多个发射和接收元件组成,发射元件产生超声波信号,接收元件接收反射回来的超声波信号。
通过改变发射元件的激励时间和幅度,可以使得超声波以不同的角度和深度进入被测物体。
接收元件接收到的信号经过放大和滤波等处理,得到被测物体不同位置的回波信号。
最后,将多个回波信号综合起来,进行成像和分析。
三、相控阵超声检测系统的结构
相控阵超声检测系统由发射和接收元件、控制电路、信号处理电路以及显示装置等组成。
发射和接收元件通常采用压电陶瓷等材料,可以对超声波信号进行传感和发射。
控制电路负责控制发射元件的激励时间和幅度,以及接收元件的增益和滤波等参数。
信号处理电路负责对接收到的信号进行放大、滤波和数字化处理等,最后通过显示装置呈现给用户。
四、相控阵超声检测系统的关键技术
1. 压电陶瓷技术:压电陶瓷作为相控阵超声检测系统中的关键元件,其性能直接影响系统的灵敏度和分辨率。
因此,如何提高压电陶瓷的性能是研究的重点之一。
2. 相控阵成像算法:相控阵超声检测系统通过改变发射信号的相位和时延,可以实现对被测物体的全方位成像。
而相控阵成像算法则是将接收到的回波信号进行综合和重建的关键技术。
3. 实时信号处理技术:相控阵超声检测系统需要实时对接收到的信号进行放大、滤波和数字化处理等,以实现快速成像。
实时信号处理技术是保证系统性能和稳定性的关键。
五、相控阵超声检测系统的应用前景
相控阵超声检测系统在医学领域广泛应用于超声诊断、超声导航和超声手术等方面。
在工业领域,相控阵超声检测系统可以用于无损检测、材料缺陷检测等。
在军事领域,相控阵超声检测系统可应用于目标探测、距离测量和地质勘探等。
相信随着相关技术的不断进步和发展,相控阵超声检测系统在这些领域将有更加广阔的应用前景。
六、结论
相控阵超声检测系统作为一种先进的超声成像技术,具有分辨率高、成像速度快和控制灵活等优势,在医学、工业和军事领域的应用越来越广泛。
为了提高系统的性能和稳定性,压电陶瓷技术、相控阵成像算法和实时信号处理技术是需要不断研究和改进的关键技术。
相信随着相关研究的深入和技术的进步,相控阵超声检测系统将在未来取得更大的突破和应用
相控阵超声检测系统作为一种先进的超声成像技术,具有广泛的应用前景。
在医学领域,它可以用于超声诊断、超声导航和超声手术等方面,提供高分辨率和快速成像的能力。
在工业领域,它可以用于无损检测和材料缺陷检测,提高工业生产的质量和效率。
在军事领域,它可以应用于目标探测、距离测量和地质勘探等。
为了提高系统的性能和稳定性,需要进一步研究和改进压电陶瓷技术、相控阵成像算法和实时信号处理技术。
相信随着相关研究的深入和技术的进步,相控阵超声检测系统将在未来取得更大的突破和应用。