1、相控阵超声检测技术
相控阵超声检测技术
n相控阵(Phased Array)超声检测技术是利用延迟电路的电子技术来控制相控阵探头合成的来实现超声波发射、接收的方法。相控阵探头有多个小晶片，其每一个晶片被独立的激发，根据各晶片相对于被检目标的不同声程施加不同的延迟时间，以实现声束的角度和聚焦点的变化。 
n波束聚焦是通过软件控制每一个晶片的触发时间使波前在指定的位置进行叠加实现的。焦点尺寸取决于所用晶片的大小和数量。
n相控阵探头阵列是许多相同的小晶片，由于 每个小晶片无可视为辐射柱面波的线状波源，当采用一个有序的时间间隔(即相位)激发探头阵列小晶片，这些线状波源的波阵面就会产生波的干涉，开成所需的整体波阵面；超声能量传播到工件中，反射的能量会被探头接收，并按照一定的信号相位规则合成为一个超声信号。
n关键技术在于探头阵列激发的相位关系，即相控阵探头中每个晶片激发的延迟量，称为延迟法则，不同的延迟法则具有不同的声束特点。
相控阵设备
n包括相控阵探头和相控阵仪器
n相控阵探头：是实现相控阵检测的基础部件和核心部件。相控阵探头的特点是压电晶片不再是一个整体，而是由多个相互独立的小晶片组成的阵列，每个小晶片称为一个单元，每个晶片都有各自的接头、延时电路和A/D转换器且晶片之间彼此声绝缘。
n相控阵探头类型
n4类：线形阵列、矩形阵列、环形阵列和圆形阵列
n线形阵列是最简单、最常用的相控阵探头形式
n线阵探头参数：频率(f)、晶片数量、两个相邻晶片的中心间距、单个晶片的宽度、晶片间隙
常用探头形状

Olympus Omniscan MX

相控阵系统工作原理

相控阵超声检测原理

波束聚焦

电子扫描
n电子扫描是在探头不移动的情况下依靠电子系统激励换能器形成扫描方式。
n线形扫描、扇形扫描、深度聚焦和动态深度聚焦4组单独和组合。
n线形扫描、扇形扫描、深度聚焦3种扫描方式的发射与接收时采用相同的延迟法则，动态深度聚焦发射与接收的延迟法则不同。
多视图成像

相控阵模拟声场

利用2D模型进行数据分析

相控阵超声检测技术特点
n与普通超声波检测技术相比，普通超声波一次只能使用一种角度的探头检测，相控阵检测技术可以通过电子方式控制探头声束角度在-70°~70°或0~90°(增加楔块)内任意偏转，形成扇形扫查，或者以合适的角度成线形扫查，扫查时同时可以进行声束动态聚焦，以增加灵敏度和测量精度。 
相控阵超声检测技术特点
n探头尺寸更小，能够检测难以接近的部位；
n检测速度快，可以实时记录和显示检测结果；
n实时彩色成像，包括A/B/C/D和S-扫描成像方式，便于缺陷识别，提高检测准确性；
n具备扇形扫查和线性扫查，可以实现焊缝区域100%波束覆盖，提高检出率；
相控阵超声检测技术特点
n检测灵活性强，适用于各种管径（直至平板）、壁厚、坡口形式焊缝的检测以及善于检测各种复杂形状的结构件
n容易检出各种方向、不同位置的缺陷，定量、定位精度高；
n可以动态深度聚焦，提高缺陷信噪比和检测灵敏度；
n检测结果受人为因素影响小，数据便于存储，管理和调用。 
相控阵的应用

相控阵超声检测案例
n一、扬子-巴斯夫公司LDPE管式反应器弯头的检测
    LDPE管式反应器属于超高压设备，是LDPE装置的关键设备，其内径只有Φ34~62 mm，普通检测方法难以保证检测效果，采用相控阵超声检测技术，可以有效发现其内壁的腐蚀、裂纹等缺陷。

扫查示意图

n二、锆材搭接角焊缝的检测
  锆材主要用于一些耐腐蚀设备的内衬，由于材料的特殊性，加上焊缝类型为搭接的角焊缝，且厚度仅为4mm，普通的检测方法只有用PT对焊缝表面进行检测。采用相控阵超声检测技术，可以有效发现焊缝的未焊透、未熔合、裂纹及气孔等内部缺陷。
n上海某企业反应器，其复合板采用锆材，基材焊缝处采用锆板搭接焊接。

工件示意图

相控阵扫查结果

实际缺陷及扫查图像