相控阵超声检测中的关键技术研究

物体中应该按照与产生超声波的换能器的方向垂直的方向传播,但是由于材料内部密度不同,超声波会发生反射,根据压电效应的可逆性,反射回的回波信号转换为电信号,根据回波信号在第一章绪论 3 上位机图像中显示的具体位置,可以确定材料缺陷(如气泡、裂缝等)在材料中的位置。图 1- 4 相控阵焊缝扫描模型相控阵超声扫描检测是近年来兴起的新兴超声检测技术,是按照一定阵列规律排布超声换能器,然后按照一定的时序方案激发压电晶片阵列,通过控制激发晶片的个数和时序来控制超声波束扫描聚焦的范围和位置[4,5] , 图 1-4 所示为相控阵超声波束对大型石油储罐焊缝区扫描模型示意图。相控阵检测的优点主要有: 超声波声束的能量更聚集于主瓣,成像清晰;聚焦直径的动态变化范围大,可以满足对纵向深度比较深的大型工件的内部检测要求;扫查速度快,检测效率优势明显;可以使用数字电路系统和上位机软件控制波束聚焦和波形显示,检测的准确性和实时性相较于其他超声无损检测手段有极大的提高。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 相控阵超声检测技术的国内外发展上世纪 80 年代初,相控阵超声检测技术从医疗领域向工业领域发展,医学超声成像中用相控阵换能器快速移动声束对被检器官成像。最初, 系统的复杂性、固体中波动传播的复杂性及成本费用高等原因使其在工业无损检测中的应用受限。 80 年代中期,压电复合材料的研制成功,为复合型相控阵探头的制作开创新途径。 90 年代初,欧美将相控阵技术作为一种新的无损评价( NDE )方法, 编入超声检测手册[6] 。目前医学相控阵超声检测的发展比工业相控阵超声检测的发展相对较快,相控阵超声检测成像的成果方面, 密歇根大学开发出了胎儿的三维实时超声检测系统,已应用于临床诊断[7];英国的罗伯特高登大学通过深入研究声光成像,开发了可将缺陷可视化的技术,并进行了系统的设计与研究[8];英国剑桥大学的主要