超聲相控陣技術(shù)簡介

1、相控陣超聲技術(shù)應(yīng)用介紹（一）簡介相控陣超聲 相位控制的探頭陣列 控制檢測聲束的特性 位置 偏角 聚焦技術(shù)特征 單晶探頭檢測聲場特性 整體輻射 單一指向性 單一聲束特性 相控陣探頭檢測聲場特性 可控部分輻射 可控偏角指向 可控聚焦一維陣列徑向環(huán)陣線陣陣元數(shù)少。陣元大。功能單一。矩陣lo-theta陣列二維陣列陣元數(shù)大。陣元小。二維控制。準(zhǔn)二維陣列周向環(huán)陣矩陣陣元數(shù)不大。陣元不小。二維控制。相位延時(shí) 相位延時(shí) 比載波周期更短或更精確的延時(shí) 脈沖延時(shí) 脈沖包絡(luò)尺度的延時(shí)聲束特征 起點(diǎn)位置 輻射方向 有效寬度（寬度輪廓）聲束位置控制 控制陣列探頭各晶片的開關(guān)，使開啟的晶片組合的中心位置改變，從而改變產(chǎn)

2、生和接收的超聲波軸線位置，實(shí)現(xiàn)聲束位置的控制。聲束角度控制 沿陣列的排列方向各晶片的位置線性控制其發(fā)射和接收的相位延時(shí)，使各晶片波前疊加后如同平面探頭轉(zhuǎn)動了一個(gè)方向后產(chǎn)生的波前，實(shí)現(xiàn)聲束的角度控制聲束聚焦控制 沿陣列的排列方向各晶片的位置到聲軸線上某焦點(diǎn)的距離線性控制其發(fā)射和接收的相位延時(shí)，使各晶片波前同時(shí)到達(dá)焦點(diǎn)，如同聚焦探頭產(chǎn)生的波前，實(shí)現(xiàn)聲束的聚焦控制合成聲束（Synthetic Beam） 多個(gè)陣元發(fā)射、接收 控制相位延時(shí) 各個(gè)子聲波干涉疊加 同頻率 固定相位 合成聲束 發(fā)射整體波陣面合成 接收信號延時(shí)合成合成孔徑（ Synthetic Aperture） 孔徑-輻射源的尺寸 形成合成

3、聲束的所有晶片的集合，稱為合成孔徑。合成孔徑是探頭晶片陣列的全部或一部分，描述為中心位置，晶片間距，晶片數(shù)量或總體尺寸延時(shí)法則（聚焦法則）-定義 延時(shí)法則（delay law）是指形成某個(gè)合成聲束時(shí)，陣列所有晶片的發(fā)射的開關(guān)、幅度、相位延時(shí)和接收的開關(guān)、加權(quán)、相位延時(shí)等控制因素的集合。 延時(shí)法則針對某個(gè)特征的聲束或某個(gè)聚焦點(diǎn)運(yùn)用聲波傳輸原理計(jì)算獲得相控陣延時(shí)法則原理 根據(jù)費(fèi)馬原理（Fermats principle）即空間兩點(diǎn)間波動的傳播遵循時(shí)程最短原則。 在聲速一致的均勻介質(zhì)內(nèi)將沿直線傳輸 在聲速不一致的界面上將符合折射定理 線性疊加原理 干涉聚焦延時(shí)角度偏轉(zhuǎn)延時(shí)帶楔塊角度偏轉(zhuǎn)延時(shí)相控陣結(jié)構(gòu)

4、框圖相控陣儀器參數(shù) 多路切換-最大陣元數(shù) 多路收發(fā)-最大孔徑陣元數(shù) 發(fā)射分配-延時(shí)精度 接收分配-延時(shí)精度 合成成像-重復(fù)頻率和成像幀率掃描和成像 按一定規(guī)律變化聲束的位移或/和角度，使聲束掃描覆蓋較大的區(qū)域 線掃 扇掃 復(fù)合掃描 二維陣列掃描 電子機(jī)械復(fù)合二維掃描線掃（線掃（L-ScanL-Scan） 也叫B掃或電掃（E-Scan），一般指固定角度聲束，連續(xù)移動合成聲束的位置，記錄每個(gè)聲束的A掃波形數(shù)據(jù)，以聲束掃描位置和回波傳輸延時(shí)確定像素的位置，回波幅度確定像素的亮度或彩色，顯示所有回波記錄的過程。形成的圖像叫線掃圖像 特點(diǎn)：線掃的各個(gè)聲束具有完全相同的角度和聚焦特性，靈敏度一致，檢測能力

5、一致橫向分辨率高，能實(shí)現(xiàn)較長距離的一維電子掃查線掃的探頭一般在掃描方向較大扇掃（扇掃（S-ScanS-Scan） 相控陣扇掃一般指固定聲束位置，連續(xù)偏轉(zhuǎn)合成聲束的角度，記錄每個(gè)聲束的A掃波形數(shù)據(jù)，以聲束掃描角度和回波傳輸延時(shí)確定像素的位置，回波幅度確定像素的亮度或彩色，顯示所有回波記錄的過程。形成的圖像外形像一個(gè)扇面叫扇掃圖像。 特點(diǎn)：扇掃的各個(gè)聲束具有相同的合成孔徑，聚焦深度具有一定規(guī)律，可以用等聲程聚焦，等深度聚焦或等距離聚焦。掃描范圍隨深度增加而擴(kuò)大，探頭體積小，耦合面小，檢測靈活復(fù)合掃描多個(gè)入射角度的線掃圖像疊加扇掃圖像連續(xù)平移掃描，各個(gè)圖像數(shù)據(jù)疊加二維陣列掃描三維成像采用二維陣列在兩

6、個(gè)方向控制聲束掃描，形成三維圖像數(shù)據(jù)，以一定的切面顯示圖像二維扇掃-金字塔掃描電子、機(jī)械復(fù)合二維電子、機(jī)械復(fù)合二維掃描掃描 線掃或扇掃形成相控陣主動面的端面二維圖像，當(dāng)探頭沿垂直于相控陣線陣的主動面掃查時(shí)，按編碼器傳感的掃查位置連續(xù)記錄二維圖像，形成對掃查區(qū)域的三維圖像記錄。超聲信號的顯示方式 A掃圖形 B掃圖像 C掃圖像 D掃圖像 P掃描圖像A（Amplitude）型顯示（幅度-時(shí)間記錄）時(shí)間幅度A掃波形用曲線顯示傳輸延時(shí)（聲程距離）一維空間上的信號幅度信息的二維圖形。曲線上的各點(diǎn)：水平位置表示傳輸延時(shí)或聲程、深度、距離等。其中傳輸延時(shí)是直接測量量。而聲程、深度、距離是經(jīng)聲速、角度投影等比例

7、系數(shù)傳遞的間接測量量。垂直位置表示信號幅度。通常用占滿屏高的百分?jǐn)?shù)表示。代表某個(gè)靈敏度（增益/衰減）下信號的大小。B（Brightness）型顯示（亮度-時(shí)間-掃查記錄）時(shí)間B掃圖像顯示掃查距離+聲程距離二維空間的幅度信息的二維圖像圖像中的每個(gè)點(diǎn)：一維位置表示探頭掃查距離，以毫米等為單位，通常是用編碼器等機(jī)械移動傳感器測量量。另一維位置表示傳輸延時(shí)或聲程、深度、距離等。其中傳輸延時(shí)是直接測量量。而聲程、深度、距離是經(jīng)聲速、角度投影等比例系數(shù)傳遞的間接測量量。用亮度或 色度表示信號的幅度。掃查距離B型顯示(斜探頭PE平行掃查)深度掃查距離B掃圖像當(dāng)超聲斜角入射時(shí)，分為平行掃查（B掃）和非平行掃查

8、（ D掃）圖像中的每個(gè)點(diǎn)：當(dāng)超聲斜角入射時(shí)的平行掃查（B掃）時(shí)，聲程距離能夠在深度和掃查兩個(gè)方向投影，掃查方向的投影能疊加在探頭掃查位置上。TOFD非平行掃查（D掃）TOFD成像雙探頭一發(fā)一收，深度距離非線性的 B掃描圖像TOFD平行掃查（B掃）C型顯示X掃查方向Y掃查方向C掃圖象探頭在工件表面兩個(gè)方向移動覆蓋二維檢測區(qū)域，并顯示兩個(gè)正交掃查方向的 二維空間的 幅度或其他測量信息圖像中的每個(gè)點(diǎn)：兩個(gè)坐標(biāo)位置分別表示探頭在兩個(gè)掃查方向的位移值，通常用編碼器等機(jī)械掃查位置傳感器測量。亮度或色度表示一個(gè)超聲測量量信號幅度：穿透波幅度、反射波幅度信號延時(shí)：單波延時(shí)、多波相對延時(shí)以上多個(gè)信息的測量值：厚度、聲速、衰減C掃描P （Project）掃描（投影成像） 以焊縫為參照系的定義 頂視圖（Top）：從焊縫/探頭正上方