超聲相控陣技術(shù)最早應(yīng)用的領(lǐng)域有哪一些？
發(fā)布日期：2018-10-18
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? ? 超聲相控陣技術(shù)最早應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域,從上個(gè)世紀(jì)80年代起,超聲相控陣技術(shù)開始應(yīng)用到核電領(lǐng)域。20多年以來,超聲相控陣技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用范圍越來越廣泛,在電力、航空、航天、石化等行業(yè)都能夠看到它的身影。相信隨著相控陣設(shè)備價(jià)格的不斷下降、人員培訓(xùn)規(guī)模的日益擴(kuò)大以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的逐步建立與完善,工業(yè)相控陣技術(shù)的應(yīng)用會(huì)越來越普及。
? ? 1、超聲相控陣技術(shù)簡介
? ? 普通超聲探頭通常由一個(gè)晶片來產(chǎn)生超聲波,其聲束的傳播角度是唯一的,在實(shí)際檢測中,為了防止漏檢,通常需要進(jìn)行不同角度的掃查。相控陣探頭是由許多獨(dú)立的晶片構(gòu)成的,每個(gè)晶片都能被單獨(dú)激發(fā)。這些探頭由特殊的裝置驅(qū)動(dòng),能夠在每個(gè)通道獨(dú)立的、同步的發(fā)射和接收信號(hào)。超聲相控陣的一個(gè)重要特性就是可以通過軟件來改變超聲波束的特性。根據(jù)系統(tǒng)軟件設(shè)置,每個(gè)晶片都能通過不同的時(shí)間延時(shí)來激活,并發(fā)射和接收超聲信號(hào)。另外掃查角度范圍、聚焦深度和焦點(diǎn)尺寸等也都能通過軟件控制。因而在一定程度上克服了常規(guī)超聲由于聲束的方向性造成的在缺陷檢出和定量上的限制。
? ? 超聲相控陣的兩個(gè)重要特性是偏轉(zhuǎn)和聚焦,這些特性在理論上的實(shí)現(xiàn)都是基于波的疊加和干涉以及惠更斯原理。相控陣探頭根據(jù)晶片的排布可以分成環(huán)陣、一維線陣、扇形環(huán)陣、二維矩陣、曲率線陣等。超聲相控陣技術(shù)在掃查方式上主要分為線性掃查、扇形掃查、動(dòng)態(tài)深度聚焦等,在顯示方式上分為A顯示、B顯示、C顯示、D顯示、S顯示等。
? ? 上世紀(jì)80年代,出現(xiàn)了工業(yè)用相控陣系統(tǒng),這種系統(tǒng)非常的大,需要把數(shù)據(jù)傳入電腦來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖像展示,至少需要兩個(gè)人來操作。這類設(shè)備大部分都是用在在役電站的檢查中,特別是核電領(lǐng)域。上世紀(jì)90年代以來,隨著電子和軟件技術(shù)的發(fā)展,依靠低功率的電子元件、低能耗的結(jié)構(gòu),結(jié)合微處理器技術(shù),使得電池驅(qū)動(dòng)的相控陣設(shè)備的產(chǎn)生成為可能。1997年,RD/TECH公司發(fā)布了便攜式的相控陣設(shè)備TomoscanFOCUS,它使得相控陣信號(hào)產(chǎn)生、數(shù)據(jù)處理、顯示和分析都能在一臺(tái)儀器上完成,從此相控陣技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊。下面將介紹一些國外相控陣應(yīng)用的實(shí)例。
? ? 2、電力
? ? 超聲相控陣技術(shù)可以檢測電站汽輪機(jī)葉根的應(yīng)力腐蝕裂紋。汽輪機(jī)的幾何形狀比較復(fù)雜,被檢工件的接觸面有限,在檢測時(shí)需要保證缺陷漏檢率越小越好,利用超聲相控陣技術(shù)可以根據(jù)應(yīng)用來優(yōu)化探頭設(shè)計(jì),依據(jù)聲線追蹤功能來改進(jìn)掃查工藝,同時(shí)還能使用相對較高的探頭頻率,利用CAD覆蓋功能直觀的顯示缺陷的位置,利用扇形掃查可以進(jìn)行多角度的掃查,因此相比常規(guī)超聲來說,檢出率要高,另外由于采用電子掃查取代柵格掃查,因此檢測速度要快得多[1]。
? ? 長期以來,接管的檢測主要采用常規(guī)超聲的方法,由于接管幾何形狀的復(fù)雜性需要考慮儀器的設(shè)置,接管的壁厚以及曲率效應(yīng)的影響,加上常規(guī)超聲的A掃顯示方式,因此判讀接管缺陷需要耗費(fèi)大量的時(shí)間,國外的研究表明,結(jié)合自動(dòng)掃查架和編碼器,利用相控陣自動(dòng)掃查接管的內(nèi)表面和外表面是可行的[2]。
? ? 利用相控陣進(jìn)行小口徑奧氏體管焊縫檢測,這類焊縫都是氣焊的,輪廓是接近垂直的,管焊縫的壁是很薄的,管道之間的空間非常狹小[3]。檢測這類焊縫要采用手動(dòng)掃查或者小型的掃查器,同時(shí)由于安全方面的原因,在應(yīng)用中是不允許使用射線的。這項(xiàng)應(yīng)用需要快速而可靠的檢測方法,并且保證所有數(shù)據(jù)被記錄。奧氏體不銹鋼管焊縫的檢測可以利用兩個(gè)陣列來產(chǎn)生橫波,在掃查上使用線性掃查和并采用編碼器記錄數(shù)據(jù),另外在掃查上也能使用扇掃,并且數(shù)據(jù)以C掃描的形式顯示。
? ? 利用常規(guī)自動(dòng)超聲技術(shù)檢測核電站管道焊縫的晶間應(yīng)力腐蝕裂紋需要在焊縫兩側(cè)進(jìn)行至少五次掃查,每一次的掃查方式都是柵格掃查,需要花費(fèi)大量的時(shí)間和人力[4]。EPRI的NDE中心工作人員完成了奧氏體和鐵素體管道焊縫缺陷的自動(dòng)超聲相控陣缺陷檢出和測長的附錄規(guī)程8[5]。他們的研究發(fā)現(xiàn),相控陣的主要優(yōu)勢在于它的多線掃查技術(shù),這種技術(shù)在檢測速度、焊縫覆蓋和可靠性上與常規(guī)超聲相比有很大的優(yōu)勢。為了保證聲束的覆蓋,在掃查前利用ZETEC公司的3D聲線追蹤軟件做聲束覆蓋仿真。在探頭上使用1.5MHz的2D陣列探頭,每個(gè)陣列有15個(gè)晶片。
? ? 在核電領(lǐng)域,對于壓水堆來說,安全殼顯得非常重要,因?yàn)樵诎l(fā)生核事故時(shí),將由它來阻擋放射性物質(zhì)的傳播。安全殼很厚,成分是混凝土。整個(gè)密封結(jié)構(gòu)是圓柱形的,并且有個(gè)半球形的頂。隨著操作環(huán)境和服役條件的變化,這個(gè)密封結(jié)構(gòu)可能老化,為了保證結(jié)構(gòu)性能極其密封性,需要對其進(jìn)行檢測。IRSN資助了一個(gè)研究項(xiàng)目,這個(gè)項(xiàng)目的主要工作是研究混凝土墻中裂紋的檢測方法[6]。
? ? 3、航空
? ? 在航空領(lǐng)域,EADS軍用飛行器是用來評價(jià)超聲設(shè)備及其耦合情況的系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)主要用來進(jìn)行老舊飛機(jī)的維護(hù),它的應(yīng)用集中于碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及其腐蝕問題的檢測[7]。傳統(tǒng)的檢測方式是使用X/Y掃查器以及一個(gè)單探頭做單線掃查,這種檢測方法速度慢而且是不能移動(dòng)的。對于雙曲面的飛機(jī)結(jié)構(gòu)來說,普通的呈條形排列的并且擁有一個(gè)大而平的底面的陣列的檢測效果并不好,還可能對飛行器表面造成損害,但是被檢工件表面的耦合依然是必須的,因此需要使用一個(gè)柔韌的耦合系統(tǒng),并且使用軟楔塊。在這個(gè)應(yīng)用中,在柔軟的隔膜表面和陣列表面加上了水延遲塊,柔軟隔膜表面是和被檢結(jié)構(gòu)的凹凸程度相吻合的。
? ? 廣州多浦樂電子科技有限公司是一家專注于超聲設(shè)備及超聲換能器(探頭)研發(fā)、產(chǎn)品包括相控陣超聲探頭,相控陣超聲板卡,相控陣掃查器,超聲自動(dòng)化設(shè)備等,制造的高新技術(shù)企業(yè),致力于打造世界一流的超聲品牌!
