超聲檢測之相控陣C掃描

超聲檢測儀器在工業(yè)領(lǐng)域中的使用已經(jīng)有60多年了。從二十世紀四十年代起，支配高頻聲波在固體物質(zhì)中傳播的物理定律不僅已經(jīng)用于探測金屬、復(fù)合材料、塑料、陶瓷中的隱藏裂紋、孔隙、多孔性和其他內(nèi)部的不連續(xù)性，而且還用于測量材料的厚度，分析材料的屬性。*無損、安全的超聲檢測方法，在很多基礎(chǔ)制造業(yè)、加工業(yè)及服務(wù)業(yè)中，已經(jīng)發(fā)展成為一種非常成熟的檢測方法，特別是在涉及焊縫和結(jié)構(gòu)金屬的應(yīng)用中。

   在很大程度上，超聲檢測的進步與電子學的發(fā)展同步進行，后來又得益于計算機的發(fā)展而突飛猛進。二十世紀三十年代，歐洲和美國的早期研究成果表明高頻聲波能以可預(yù)見的方式從隱藏的缺陷或材料的邊界處反射回來，并生成可以顯示在示波器屏幕上的*的回波圖案。第二次**中聲波定位儀的發(fā)展進一步推動了在超聲學方面的研究。在1945年，美國科研人員Floyd Firestone獲得了被其稱為超聲反射鏡的儀器的zhuan利權(quán)，這臺儀器一般被看作是第一臺使用脈沖/回波技術(shù)的實用商業(yè)超聲探傷儀。脈沖/回波技術(shù)在今天也仍然普遍使用。隨后的幾年中，許多商業(yè)儀器紛紛問世。二十世紀六十年代和七十年代在超聲探傷儀、測厚儀及探頭的發(fā)展方面領(lǐng)xian的公司，如：Panametrics、 Staveley和Harisonic，如今已經(jīng)成為奧林巴斯NDT公司的成員。

   在二十世紀四十年代后期，日本的研究人員最先在醫(yī)學診斷領(lǐng)域使用了超聲檢測技術(shù)。他們使用早期的B掃描設(shè)備獲得人體細胞組織層的兩維剖面圖像。到了二十世紀六十年代，早期的醫(yī)學掃描儀被用于探測并顯示腫瘤、膽結(jié)石和類似異常情況的輪廓。在二十世紀七十年代，精確測厚儀的出現(xiàn)將超聲檢測技術(shù)帶入到各種制造工業(yè)環(huán)境中，如：在只能接觸工件一側(cè)的情況下需要測量工件的厚度。腐蝕測厚儀在測量金屬管道和箱罐的剩余壁厚應(yīng)用中得到了廣泛的使用。

超聲儀器的最新發(fā)展一直是基于數(shù)字信號處理技術(shù)和自80年代以來就可以便宜的價格獲得的微處理器。這也促成了用于缺陷探傷、厚度測量和聲學成像的小型化、可靠性很高的新一代便攜式儀器和在線檢測系統(tǒng)的問世。

相控陣C掃描

由相控陣系統(tǒng)生成的C掃描與上面我們看到的常規(guī)探頭生成的C掃描極為相似。使用相控陣系統(tǒng)，一般情況是探頭沿一個軸做物理意義上的位移，而在另一個軸的方向上，聲束會根據(jù)聚焦法則序列進行電子掃查。同常規(guī)C掃描一樣，閘門內(nèi)有可能存在缺陷的區(qū)域的信號波幅或深度數(shù)據(jù)會被收集起來。進行相控陣檢測時，在使用編制好的聲束孔徑進行每個聚焦法則的序列觸發(fā)的過程中，所采集的數(shù)據(jù)被繪制成圖。

使用裝有平直楔塊的64晶片5 MHz線性陣列探頭進行檢測時為試塊生成的實際掃描圖，所使用的試塊與前面章節(jié)中顯示的試塊一樣。每個聚焦法則的孔徑由16個晶片組成，每次脈沖觸發(fā)時，孔徑會向前移動一個晶片。這樣會生成49個數(shù)據(jù)點，這些數(shù)據(jù)點會被繪制成沿探頭的37毫米（1.5英寸）長度方向上的圖像。當探頭以直線方式向前移動時，會出現(xiàn)平面C掃描視圖。在需要使掃描圖像中的幾何圖形點與實際工件上的位置保持精確對應(yīng)時，通常要使用編碼器，雖然在很多情況下，通過非編碼的手動掃查也可以得到有用的信息。

雖然由于相控陣的有效聲束尺寸較大，其圖像的分辨率可能不會*與常規(guī)C掃描圖像等同，但是我們要考慮到相控陣技術(shù)的其它優(yōu)點。相控陣系統(tǒng)為便攜式設(shè)備，可被方便地攜帶到檢測現(xiàn)場，而常規(guī)系統(tǒng)不能做到這點，而且購買相控陣系統(tǒng)的費用只為購買常規(guī)系統(tǒng)的三分之一。此外，相控陣圖像通常來說只需幾秒鐘即可生成，而常規(guī)水浸掃描圖像需要幾分鐘才能生成。

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