超声相控阵技术原理、应用及研究现状

超声相控阵技术原理、应用及研究现状

摘要：简述超声相控阵检测技术的发展、原理、特点及相控阵换能器的分类。超声相控阵技术通过对超声阵列换能器各阵元进行相位控制，能获得灵活可控的合成波束，进行动态聚焦、成像检测，能够提高检测灵敏度、分辨力和信噪比。介绍了国外超声相控阵检测成像技术在焊缝和火车轮轴检测方面的应用。超声相控阵检测技术较常规超声波检测具有高速、高效、适合复杂结构件以及能实时成像等优点,在压力容器、核电站和海洋平台结构等工业无损检测领域具有良好的应用前景。

关键词：焊接；缺陷检测；相控阵；焊缝；超声检测

0 前言

超声相控阵检测技术的应用始于20世纪60年代，目前已广泛应用于医学超声成像领域。由于该系统复杂且制作成本高，因而在工业无损检测方面的应用受到限制。近年来,超声相控阵技术以其灵活的声束偏转及聚焦性能越来越引起人们的重视。在国外，相控阵技术发展十分迅速，尤其在医学诊断和工业检测方面的研究非常活跃。一些公司如R/D TECH 、SIMENS 及IMASONIC 还推出了商品化相控阵超声工业检测系统。由于压电复合材料、纳秒级脉冲信号控制、数据处理分析、软件技术和计算机模拟等多种高新技术在超声相控阵成像领域中的综合应用,使得超声相控阵检测技术得以快速发展,逐渐应用于工业无损检测,如对气轮机叶片检测、和涡轮圆盘的检测、石油天然气管道焊缝检测、火车轮轴检测、核电站检测和航空材料的检测等领域。

而在国内，超声相控阵技术上的研究应用尚处于起步阶段，主要集中于医疗领域，在工业检测方面还非常落后，主要的设备都依赖于进口， 2001 年首先引入相控阵系统 PIPEWIZARD 全自动超声检测系统，成功应用于国家重点工程——西气东输。

1 超声相控阵技术原理

超声相控阵换能器的工作原理是基于惠更斯—菲涅耳原理。当各阵元被同一频率的脉冲信号激励时，它们发出的声波是相干波，即空间中一些点的声压幅度因为声波同相叠加而得到增强，另一些点的声压幅度由于声波的反相抵消而减弱，从而在空间中形成稳定的超声场。超声相控阵换能器的结构是由多个相互独立的压电晶片组成阵列，每个晶片称为一个单元，按一定的规则和时序用电子系统控制激发各个单元，使阵列中各单元发射的超声波叠加形成一个新的波阵面; 同样，

接收反射波时，按一定的规则和时序控制接收单元并进行信号合成和显示。因此可以通过单独控制相控阵探头中每个晶片的激发时间，从而控制产生波束的角度、聚集位置和焦点尺寸。

超声检测时需要对物体内某一区域进行成像,为此必须进行声束扫描。常用的快速扫描方式是机械扫描和电子扫描,两种方式均可获得图像显示,在超声相控阵成像技术中通常结合在一起使用。超声相控阵成像技术是通过控制换能器阵列中各阵元的激励(或接收) 脉冲的时间延迟,改变由各阵元发射(或接收)声波到达(或来自)物体内某点时的相位关系,实现聚焦点和声束方位的变化,完成声成像的技术。由于相控阵阵元的延迟时间可动态改变,所以使用超声相控阵探头探伤主要是利用它的声束度可控和可动态聚焦两大特点。图2 为超声波束偏转聚焦示意。超声相控阵中的每个阵元被相同脉冲采用不同延迟时间激发,通过控制延迟时间控制偏转角度和焦点。实际上,焦点的快速偏转使得对试件实施二维成像成为可能。

图3 为超声相控阵系统动态聚焦示意。为实现快速动态聚焦,超声相控阵系统的发射器按波束聚波束聚焦定理向每个阵元发射信号。根据互易原理,相控阵接收时的方向控制也用延迟来达到。各阵元回波信号经延迟后叠加,即可获得某方向上目标的反射回波,由此形成的图像分辨力可显著提高。

1.1相控阵探头

超声相控阵技术需使用不同形状的多阵元换能器来满足构件检测的需求。为不同形状的超声相控阵换能器,按其阵元排列方式分为一维线形阵列、一维环形阵列、二维矩形阵列、二维分段交错环形阵列和圆形阵列四种形式与面形和环形阵列相比,线形阵列具有容易加工,发射接收延迟控制电路较简单,容易实现等优点,因此在实际应用中使用较多。环形阵列由于不能进行声束偏转控制,大多应用在医学成像和脉冲多普勒体积流量计中。其中二维分段交错环形阵列比较特殊,专门用于棒材检测。由于目前加工工艺限制,及电路复杂和制作成本高,使二维矩形阵列仍主要应用于医用 B 超上,工业上很少使用。圆形阵列主要用于检测管子的内外壁缺陷。

1.2 相控阵技术特点

与常规超声探头比较，相控阵检测具有明显的优势：

( 1) 超声相控阵系统使用的探头盘体积小、质量轻。

( 2) 突破了传统机械聚集只能形成估计焦点的局限性。通过软件参数的设置就能对所关心区域的多角度、多方向扫查，可以更好的适应工况，整个检测系统更加灵活。

( 3) 可以对焦柱长度、焦点尺寸、声束方向进行优化控制，提高了缺陷分辨率、信噪比及缺陷检出率。超声相控阵换能器按其晶片形式主要分为三类，即线阵、面阵和环形阵列。

2 超声相控阵检测技术的应用及局限性

超声波相控阵检测系统可以是手动，半自动，或者全自动工作。相对于常规的单探头超声波检测方法，超声波相控阵检测技术的特点在于：简单手工操作；具有多种扫描方式；检测效率高；适应性强。

超声相控阵检测适用于能源工业、石化工业、航空航天工业、船舶、铁轨、汽车等行业。如核电站和能源工厂重要零部件的检测，如涡轮盘、涡轮叶片根部、核反应堆的管道、容器和转子、法兰盘等，管道检验，腐蚀检测和绘制腐蚀图，大型曲面板材、铝合金焊缝、搭接连接、环形件和喷嘴、各种制件的结构完整评价等。

2.1 粗晶、后壁工件检测

在核动力装置及设备中,厚壁工件、粗晶材料和复杂形状工件多,设备和管道中某些焊缝可达性及可检性差而申请免检多。此时,应用相控阵技术可提高检测效率,减少辐照时间,扩大超声检测应用范围,

取

得显著的经济效益和社会效益。用相控阵技术对盛装核废料的罐体封头和筒体间电子束焊环焊缝进行 100% 全自动超声检测, 可避免采用复杂机械装置,利用其动态聚焦能力并结合分离谱技术可减少粗晶的影响,提高信噪比。采用含 64 个单元的相控阵换能器进行水浸法 B 扫描检测,在模拟试块中可检出焊缝区内直径为 13mm 的人工边孔。900MW 压水堆主泵隔热板热疲劳裂纹的检测存在的困难是,凸缘和轴承之间空间狭小(图6) ,探头移动空间极为有限,可达性差;双曲面形状的凸缘使声束强烈发散。然而,使用具有 16 个单元的线性阵列探头进行检测,可不拆卸轴承和密封圈等结构;具有双曲面形状的楔块可实现探头和凸缘间的耦合;根据楔块形状调整延迟,校正畸变声场。该系统可扫查圆周外表面以下 200mm 的范围,可检出径向平面内 5mm 以上的疲劳裂纹。图6 粗晶奥氏体钢在核工业中应用广泛,但其可靠检测一直是个难题。最新研究表明,相控阵技术同 TRL 及 DSP 技术结合起来已成为行之有效的检测手段,其最大特点是检测信噪比高,且只需一个相控阵换能器就可检测不同深度缺陷 。汽轮机转子叶根、轮槽和键槽等的超声检测由于其结构限制而难以用普通单一探头进行。以叶根检测为例,若使用相控阵换能器,可在不拆卸叶片的条件下从图7 中

Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ三个方向检测,既能提高检测效率,又能避免拆卸损坏。在其它工业领域,相控阵技术亦有着广泛的应用,如压力容器、高能管道焊缝和输油管道焊缝的检测。R/ D TECH 公司研制的管道全自动超声相控阵系统可检测壁厚650mm ,直径100 1400mm 的管道,扫查速度为100mm/ s ,4min 可检测一条完整的陆地输油管焊缝(包括仪器安装和拆除) ,结合声时衍射技术(TOFD) 提高缺陷检出能力和定量精度。

2. 2 焊缝检测

超声相控阵检测技术已被成功应用于各种焊缝探伤,如航空薄铝板摩擦焊缝的微小缺陷探测。用超声相控阵探头对焊缝进行横波斜探伤时,无需象普通单探头那样在焊缝两侧频繁地前后来回移动,焊缝长度方向的全体积扫查可借助于装有超声相控阵探头的机械扫查器,沿着精确定位的轨道滑动完成,以实现高速探伤。图8为用于检测图9 所示焊缝(厚为15～40mm) 的超声相控阵探头。其探头频率为3MHz ,阵元数为64 ,阵元尺寸为1. 2mm ×12mm ,阵元间隙为0. 05mm ,整个晶片尺寸为80mm ×12mm ,楔块角度为34°。一组八个阵元产生的声束可以随着入射角和焦距的改变产生偏转,该阵元组能沿着阵列长度方向进行电子移位,通过激活阵元9 ,断开阵元1 和激活阵元10 ,断开阵元2 的一系列变化促使声波真正地沿着检测表面移动。对100 %焊缝检测

超声相控阵允许使用衍射波时差法

( TOFD 技术

) ,选择邻近的阵元形成阵元组,一组发射,一组接收。保持两组压电元件间隔一定,控制阵元组在被检结构的表面沿着相控阵方向进行实时扫描。图10为该技术应用到薄壁管道环焊缝的检测实例,通过改变入射角αE 和接收角αS 检测焊

缝缺陷。

3 超声相控阵技术研究趋势

超声相控阵无损检测技术由于其诸多优点,已经成为了现代无损检测技术最有发展前景的技术之一"根据国内外的研究现状总结出超声相控阵无损检测技术的发展技术主要有一下几个方面:

(1)相控阵超声检测声场的建模和仿真

虽然超声相控阵探头的基本理论很早就有了,但是对相控阵探头的建模和仿真,直到最近才开始"要准确模拟换能器发射声场是比较困难的,利用数值计算和计算机仿真技术的方法建立相控阵超声检测计算模型,从理论上分析相控阵超声场声压的变化规律!声束聚焦偏转的特性以及检测缺陷模型等,对进一步超声相控阵的研究具有重要的意义,并且为以后的实验提供有力的理论指导仿真"。

(2)二维超声相控阵探头的设计

超声相控阵探头的优化设计,可以大大提高聚焦点的大小!偏转角度和检测效率,提高后续的超声成像质量"目前超声相控阵检测中用的大部分都是一维的线性阵列换能器,这种探头只能对面扫描成像"国外也有学者对二维阵列和圆形阵列的换能器的声场进行了研究,这种探讨可以进行空间聚焦偏转扫描,也是以后的重点研究方向"。

(3)超声相控阵检测中的自适应聚焦技术

随着工程技术的发展,对工件的性能要求越来越高,从而超声检测的分辨力越来越高"超声相控阵检测在声束的焦点处具有较高的分辨力,因此可以通过准确聚焦的方式能提高检测的分辨力"但是在实际检测时,由于检测工件存在材料的不均匀性等原因,使得理想的焦点和实际的焦点存在偏差,严重时可能实际并不存在焦点,这些情况都会影响系统的检测分辨力"自适应聚焦是指在超声相控阵检测时,能根据检测参数自动调整各个通道的发射和接收延迟,实现声束在预定点的聚焦"。

(4)超声相控阵系统图像显示与重建

超声相控阵检测中的一个难点是对采集的缺陷信号进行分析成像,但是将检测得到的数据进行图像重建得到的是 A 扫图像,不是很直观"超声相控阵成像技术是超声检测在运用相控阵技术后,在成像数据的获取!处理以及显示方面的技术如(B 扫、C 扫)"同时其成像质量的主要指标有空间分辨力、对比分辨力和时间分辨力,如何提高相控阵超声成像的分辨率也是超声相控阵检测和成像的重要问题"。

4 对无损检测的认识

当今社会，工业产品逐渐进入各个行业和人们的日常生活中为人们服务。无论是简单的生活工具还是在高强度工作环境下工作的大型设备和基础设施，都在生活和工作中起着重要作用，承担着保证人们生活质量和整体工作正常和安全进行的关键作用，其安全性受到了用户的广泛关注。如何在不破坏被测工件内部和外部结构及特性的情况下，对其质量、性能或内部有无缺陷进行检测，并进而对缺陷进行定性及定量分析的一种技术，即称为无损检测（Non-destructive Testing，即 NDT）。NDT 技术涉及的领域广阔，包含产品设计、加工制造、成品检测，在线维护检测等。通过对被测对象的内部缺陷结构和尺寸的检测，有助于进一步了解加工工艺和被测对象工作状态，有利助于优化产品的开发和保障产品的安全运行及有效使用。常规的无损检测方法有以下几种：射线探伤（RT）、渗透探伤(PT)、磁粉探伤(MT)、涡流探伤（ET）和超声探伤(UT)。每种方法都有各自的优点和局限性。

4.1 射线探伤法

射线探伤法，指通过利用γ射线或 X 射线对被测工件材料的透射性能以及不同材料对射线吸收、衰减程度不相同的特性，使底片感光形成灰度不同的图像，以观察被测工件内部缺陷状况的方法。当射线通过气泡、裂纹、通孔、熔渣等缺陷时，底片上会相应显示出阴影区。通过对底片图像的分析就能检测出缺陷的形状和大小，获得缺陷永久记录。但射线探伤使用的大型设备和底片均不易携带。而且射线对人体有危害性，需要增加探伤人员的防护器械支出。

4.2 渗透探伤法（PT）

渗透探伤法，指利用某些液体涂刷在被测物表层，由于润湿作用和毛细现象，这些液体会渗入被测工件表面的狭缝间隙，随后被吸附显像。通过放大，表面缺陷图像可以被肉眼识别。此方法适用范围广，操作简易，投资较少，设备便携。但是探伤被局限在被测物表面，而且对于被测表面的清洁程度要求高，孔隙表面的洞隙会造成伪缺陷。

4.3 磁粉探伤（MT）

磁粉探伤法，指通过磁粉在物体缺陷附近漏磁场中的聚集现象，来检测工件表面或近表面处的缺陷，缺陷位置、尺寸等信息决定了漏磁场的强度与分布。与渗透探伤相似，备件缺陷局限在被测物表面。而且被检测工件必须具有铁磁性，需要在检测前将工件磁化，探伤后给工件退磁。

4.4 涡流探伤（ET）

涡流检测法，指运用电磁感应原理，通过确定被测工件内部感生涡流的变化来检测缺陷。探头线圈内的电流变化的大小反映了缺陷的情况。这种方法测量简便，不需要耦合剂，探测时不必接触。但是由于存在趋肤效应，其检测范围只局限在被测工件近表面或者表面，测量结果由磁场穿透力的影响。

4.5 超声探伤（UT）

超声探伤法，指通过观察超声波在被检工件中传播时，受到工件的声学特性和内部组织的变化的影响，来判断工件内部缺陷尺寸等信息的探伤方法。常用的方法有穿透法、串列法和脉冲反射法。在工业超声检测中，应用的最广泛的是脉冲反射法，这是指超声波的在传播过程中，遇到与被测工件声阻抗差过大的缺陷，如气泡、熔渣、裂纹等缺陷时，会在界面处发生反射或折射现象。缺陷回波体现了缺陷的大小和缺陷距离发射平面的声程。其方法具有较高的检测灵敏度和较强的适应性，对人体伤害性小，成本低廉，对焊缝等检测对象进行检测效率较高，效果好等优点。但其存在需要耦合剂，探伤结果需要专业人员解释等缺点。

传统的超声波自动探伤技术仍存在一些不足，限制了其应用。通常在超声波在发射和反射时，声束会发生扩散，导致声束能量的减弱，使得检测灵敏度的降低。而且，在变换测量环境和对象时要进行重新安装调试。为了提高检测灵敏度，使检测声束能检测到微小缺陷，则需增加被检工件中声束能量。通过增加换能器的工作频率，可以增加声束的能量，但会导致声束在介质中传播时的能量衰减更为严重。所以，换能器的工作频率不应过高。于是对声束聚焦的思想被提出，人们按照光束聚焦的原理，思考将换能器表面直接做成具有一定曲率的凹面实现发射声束的聚焦，但这种方法只能实现一定的某种声束控制，调整不方便，但在超声检测中常常需要改变声束方向、聚焦等特性，使用这种方法检测速度较低。于是提出了超声相控阵的无损检测方法。

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文.2009.5.

[10]

超声波焊接原理和应用

超声波焊接原理： 超声波焊接是熔接热塑性塑料制品的高科技技术，各种热塑性胶件均可使用超声波熔接处理，而不需加溶剂，粘接剂或其它辅助品。 其优点是增加多倍生产率，降低成本，提高产品质量及安全生产。 超声波塑胶焊接原理是由发生器产生20KHz(或15KHz)的高压、高频信号，通过换能系统，把信号转换为高频机械振动，加于塑料制品工件上，通过工件表面及在分子间的磨擦而使传递到接口的温度升高，当温度达到此工件本身的熔点时，使工件接口迅速熔化，继而填充于接口间的空隙，当震动停止，工件同时在一定的压力下冷却定形，便达成完美的焊接。 新型的15KHz超声波塑胶焊接机，对焊接较软的PE、PP材料，以及直径超大，长度超长塑胶焊件，具有独特的效果，能满足各种产品的需要，能为用户生产效率以及产品档次贡献。 超声波焊接工艺： 一、超声波焊接： 以超声波超高频率振动的焊头在适度压力下，使二块塑胶的结合面产生磨擦热而瞬间熔融接合，采用合适的工件和合理的接口设计，可达到水密及气密，并免除采用辅助品带来的不便，实现高效清洁的焊接焊接强度可与本体媲美。 二、铆焊法： 将超声波超高频率振动的焊头，压着塑胶品突出的梢头，使其瞬间发热融成为铆钉形状，使不同材质的材料机械铆合在一起。三、埋植： 借着焊头之传导及适当压力，瞬间将金属零件(如螺母、螺杆等)挤入预留的塑胶孔内，固定在一定深度，完成后无论拉力、扭力均可媲美传统模具内成型之强度，可免除射出模受损及射出缓慢之缺点。

一、超声波塑料焊接的相容性和适应性： 热塑性塑料，由于各种型号性质不同，造成有的容易进行超声波焊接，有的不易焊接；下表中黑方块的表示两种塑料的相容性好，容易进行超声波焊接；圆圈表示在某些情况下相容，焊接性能尚可；空格表示两种塑料相容性很差，不易焊接。 热塑性塑料 超声波焊接的相容性示例图表A B S ABS/ 聚碳 酸酯 合金 （赛 柯乐 800） 聚 甲 醛 丙 烯 腈 丙烯 酸系 多元 共聚 物 丁 二 烯 - 苯 乙 烯 纤维 素 (CA, CAB, CAP) 氟 聚 合 物 尼 龙 亚苯基- 氧化物 为主的 树脂（诺 里尔） 聚酰胺 -酰亚 胺（托 郎） 聚 碳 酸 酯 热 塑 性 聚 酯 聚 乙 烯 聚 甲 基 戊 烯 聚 苯 硫 聚 丙 烯 聚 苯 乙 烯 聚 砜 聚 氯 乙 烯 SAN-NAS-ASA 四、成型： 本方法与铆焊法类似，将凹状的焊头压着于塑胶品外圈，焊头发出超声波超高频振动后将塑胶熔融成形

使用相控阵进行超声检测的常规步骤

使用相控阵 进行超声检测的常规步骤 2006.5.1 制作者：马克.戴维斯 美国无损检测学会超声三级 奥林巴斯无损检测

免责条款 使用这个程序之前仔细阅读下面的内容，你确信可以接受下面所有的条款和条件。 1．这个程序没有进行任何形式的授权，提供给客户的仅仅是一个最基本的原理，使用此程序的全部风险和后果由消费者和最终用户承担，奥林巴斯无损检测和戴维斯不能做出明确的和含蓄的保证，但是不包括商业上的承诺，要尊重此程序。 2．无论使用这个程序所产生的任何直接的、间接的和附带的损害结果，奥林巴斯无损检测和戴维斯不承担任何责任，包括商业利益的损失、商业中断、商业信息的丢失等等，在这个程序派生出来的其他技术，在这个协议之外或者不能使用这个程序，奥林巴斯已经考虑到这个损害的可能性。

目录 1.0 目的 2.0 范围 3.0 参考书目 4.0 超声相控阵检测设备 5.0 相控阵设备的线性 6.0 相控阵探头可操作确认 7.0 相控阵系统校准 8.0 表面处理 9.0 扫查覆盖和扫查方法 10.0 记录评价标准和波幅判断 11.0 检测后的清理 12.0 文件 附录1 相控阵术语学 附录2 相控阵内不可用晶片的评价指导方针附录3 超声信号的缺陷定性 附录4 相控阵确定缺陷的尺寸

1.0目的 1.1这个程序提供了手动和带编码器的相控阵检测焊缝和母材的 必要条件。 1.2这个程序也对相控阵的以下几个方面很有用 1.2.1 探测 1.2.2 定性 1.2.3 缺陷长度 1.2.4 缺陷位置：距离上表面或者下表面 1.2.5 缺陷尺寸：向内表面或者外表面延伸的连接裂纹 2.0 应用范围 2.1 此程序可以用于一般的相控阵检测，也可以用于炭钢和不锈钢的焊缝和母材的检测 2.2 这个程序可应用在0.5到1英寸的厚度上，为了和程序保持一致，有效的范围要乘以0.5到1.5倍（举个例子：最小的尺寸是0.25英寸，和最小的一样最大的尺寸是1 .5英寸）。 2.3 当需要一个标准的时候，此程序的设计论证了奥林巴斯无损检测相控阵系统Omniscan是符合美国机械工程师协会的标准。 2.4 使用Omniscan 相控阵系统做一个标准的测试演示实例。 2.5 针对产品外形和材料的特殊要求，设计一个大概的相控阵检测计划。 3.0 参考书目 3.1美国机械工程师协会，锅炉和压力容器标准，第四章第五节，

超声相控阵检测教材超声相控阵技术

第三章超声相控阵技术 3.1 相控阵的概念 3.1.1相控阵超声成像 超声检测时，如需要对物体内某一区域进行成像，必须进行声束扫描。相控阵成像是通过控制阵列换能器中各个阵元激励（或接收）脉冲的时间延迟，改变由各阵元发射（或接收）声波到达（或来自）物体内某点时的相位关系，实现聚焦点和声束方位的变化，从而完成相控阵波束合成，形成成像扫描线的技术，如图3-1所示。 图3-1 相控阵超声聚焦和偏转

3.2 相控阵工作原理 相控阵超声成像系统中的数字控制技术主要是指波束的时空控制，采用先进的计算机技术，对发射/接收状态的相控波束进行精确的相位控制，以获得最佳的波束特性。这些关键数字技术有相控延时、动态聚焦、动态孔径、动态变迹、编码发射、声束形成等。 3.2.1相位延时 相控阵超声成像系统使用阵列换能器，并通过调整各阵元发射/接收信号的相位延迟（phase delay），可以控制合成波阵面的曲率、指向、孔径等，达到波束聚焦、偏转、波束形成等多种相控效果，形成清晰的成像。可以说，相位延时（又称相控延时）是相控阵技术的核心，是多种相控效果的基础。 相位延时的精度和分辨率对波束特性的影响很大。就波束的旁瓣声压而言，文献研究表明，延时量化误差产生离散的误差旁瓣，从而降低图像的动态范围。其均方根（RMS）延时量化误差与旁瓣幅值之比为 （式3-1） 式中，； N-----阵元数目； μ----中心频率所对应一个周期与最小量化延时之比。 图3-2示出了延时量化误差引起的旁瓣随N、μ变化的关系曲线。早期的超声成像设备如医用B超中，由LC网络组成多抽头延迟线直接对模拟信号进行延迟，用电子开关来分段切换以获得不同的延迟量。这种延迟方式有两大缺点：①延迟量不能精细可调，只能实现分段聚焦，当聚焦点很多时需要庞大的LC网络和电子开关矩阵；②由于是模拟延迟方式，电气参数难以未定，延时量会发生温漂、时漂、波形容易被噪声干扰。

超声相控阵检测系统

超声相控阵检测系统

超声相控阵检测系统 摘要：在无损检测领域里，超声检测凭借可靠、安全、经济的优势，得到了越来越广泛的应用。超声相控阵系统由于具有独特的线性扫查、动态聚焦、扇形扫描的特点，成为近几年超声检测领域里的一个研究热点。本文介绍了超声相控阵的发展、在工业领域中的应用以及国内外现状。简述了超声相控阵系统工作原理、主要特点及相控阵系统的探头、超声发射接收电路、超声成像部分。说明了超声相控阵的研究在无损检测领域里具有广阔的应用前景。 关键词：无损检测；超声相控阵；相控阵探头；超声成像 Ultrasonic phased array testing system Liu Shengchun （College of information and communication Engineering, Harbin Engineering University, Harbin, Heilongjiang 150001, China） Abstract:In non-destructive detecting field, depending on the superiorities of credibility, security and economy, ultrasonic detecting is getting more and more broad application. Ultrasonic phased array system which has characteristics of linearity scanning , dynamic focus and sector scanning, is becoming a hot research in the ultrasonic detecting field in recent years.This paper introduce the development, status quo of ultrasonic phased array, and its application in industry. Briefly describe its work principle, main characteristic and phased array system including probe,ultrasonic transmitting and receiving circuit and ultrasonic imaging. It illuminates that there is a wide application foreground of ultrasonic phased array's research in non-destructive detecting field. Key words:Non-destructive defecting;Ultrasonic phased array;Phased array probe;Ultrasonic imaging 1 引言 超声相控阵技术已有40多年的发展历史，初期，由于系统的复杂

无损检测新技术-超声波相控阵检测技术简介

无损检测新技术-超声波相控阵检测技术简介 夏纪真 无损检测资讯网 https://www.wendangku.net/doc/806086814.html, 广州市番禺区南村镇恒生花园14梯701 邮编：511442 摘要：本文简单介绍了超声波相控阵检测技术的基本原理、应用与局限性 关键词：无损检测超声检测相控阵 1 超声波相控阵检测技术的基本原理 超声波相控阵检测技术是一种新型的特殊超声波检测技术，类似相控阵雷达、声纳和其他波动物理学应用，依据惠更斯（Huyghens-Fresnel）原理：波动场的任何一个波阵面等同于一个次级波源；次级波场可以通过该波阵面上各点产生的球面子波叠加干涉计算得到。 并显示保真的（或几何校正的）回波图像，所生成材料内部结构的图像类似于医用超声波图像。 常规的超声波检测技术通常采用一个压电晶片来产生超声波，一个压电晶片只能产生一个固定的声束，其波束的传递是预先设计选定的，并且不能变更。 超声波相控阵检测技术的关键是采用了全新的发生与接收超声波的方法，采用许多精密复杂的、极小尺寸的、相互独立的压电晶片阵列（例如36、64甚至多达128个晶片组装在一个探头壳体内）来产生和接收超声波束，通过功能强大的软件和电子方法控制压电晶片阵列各个激发高频脉冲的相位和时序，使其在被检测材料中产生相互干涉叠加产生可控制形状的超声场，从而得到预先希望的波阵面、波束入射角度和焦点位置。因此，超声波相控阵检测技术实质上是利用相位可控的换能器阵列来实现的。超声波相控阵激发的超声波进入材料后，仍然遵循超声波在材料中的传播规律。因此，对于常规超声波检测应用的频率、聚焦的焦点尺寸、聚焦长度、入射角、回波幅度与定位等等，超声波相控阵也是同样应用的。 超声波相控阵探头的每个压电晶片都可以独立接受信号控制（脉冲和时间变化），通过软件控制，在不同的时间内相继激发阵列探头中的各个单元，由于激发顺序不同，各个晶片激发的波有先后，这些波的叠加形成新的波前，因此可以将超声波的波前聚焦并控制到一个特定的方向，可以以不同角度辐射超声波束，可以实现同一个探头在不同深度聚焦（电子动态聚焦）。此外，从电子技术上为阵列确定相位顺序和相继激发的速度可以使固定在一个位置上的探头发出的超声波束在被检工件中动态地“扫描”或“扫调”通过一个选定的波束角范围或者一个检测的区域，而不需要对探头进行人工操作。相控阵探头的关键特性包括：电子焦距长度调整、电子线性扫描和电子波束控制/偏角。 图1示出了超声波相控阵换能器实现电子聚焦和波束偏转的原理示意图。 图1超声波相控阵换能器实现电子聚焦和波束偏转的原理示意图超声波相控阵换能器的晶片不同组合构成不同的相控阵列，目前主要有三种阵列类型：线形阵列（晶片成间隔状直线形分布在探头中）、面形（二维矩阵）阵列和圆（环）形阵列，

超声相控阵检测教材-第三章-超声相控阵技术

第三章超声相控阵技术 3.1相控阵的概念 3.1.1相控阵超声成像 超声检测时，如需要对物体内某一区域进行成像， 必须进行声束扫描。相控阵成像是通 过控制阵列换能器中各个阵元激励（或接收）脉冲的时间延迟，改变由各阵元发射（或接收） 声波到达（或来自）物体内某点时的相位关系，实现聚焦点和声束方位的变化，从而完成相 控阵波束合成，形成成像扫描线的技术，如图 3-1所示。 图3-1 相控阵超声聚焦和偏转

3.2相控阵工作原理 相控阵超声成像系统中的数字控制技术主要是指波束的时空控制， 采用先进的计算机技 术，对发射/接收状态的相控波束进行精确的相位控制，以获得最佳的波束特性。这些关键 数字技术有相控延时、动态聚焦、动态孔径、动态变迹、编码发射、声束形成等。 3.2.1相位延时 相控阵超声成像系统使用阵列换能器，并通过调整各阵元发射 /接收信号的相位延迟 （phase delay ）,可以控制合成波阵面的曲率、指向、孔径等，达到波束聚焦、偏转、波束 形成等多种相控效果，形成清晰的成像。可以说，相位延时（又称相控延时）是相控阵技术 的核心，是多种相控效果的基础。 相位延时的精度和分辨率对波束特性的影响很大。 就波束的旁瓣声压而言， 文献研究表 明，延时量化误差产生离散的误差旁瓣，从而降低图像的动态范围。其均方根（ ,r . / \ 诙爲 式中， 一-—— N-----阵元数目； 尸--中心频率所对应一个周期与最小量化延时之比。 图3-2示出了延时量化误差引起的旁瓣随 N 、□变化的关系曲线。早期的超声成像设备 如医用B 超中，由LC 网络组成多抽头延迟线直接对模拟信号进行延迟， 用电子开关来分段 切换以获得不同的延迟量。这种延迟方式有两大缺点：①延迟量不能精细可调，只能实现分 段聚焦，当聚焦点很多时需要庞大的 LC 网络和电子开关矩阵；②由于是模拟延迟方式，电 气参数难以未定，延时量会发生温漂、时漂、波形容易被噪声干扰。 RMS ）延 （式 3-1）

超声波的原理与应用

新疆大学课程大作业 题目：超声波的原理与应用姓名：xx xx 学院：电气工程学院 专业：电气工程及其自动化班级：电气xx-x班 完成日期：2012年11月27日

超声波的原理与应用 概述： 超声波是一种机械波。声的发生是由于发声体的机械振动，引起周围弹性介质中质点的振动由近及远的传播，这就是声波。人耳所能听闻的声波其频率在20～20000Hz之间，频率在20～20000Hz以外的声波不能引起声音的感觉。频率超过20000Hz的叫做超声波，频率低于20Hz的叫做次声波。超声波的频率可以高达911Hz，而次声波的频率可以低达9-8Hz。 早在1830年，F·Savart曾用齿轮，第一次产生24000HZ的超声，1876年F·Galton用气哨产生30000Hz 的超声。1912年4月10日，泰坦尼克号触冰山沉没，引起科学界注意，希望可以探测到水下的冰山。直到第一次世界大战中，德国大量使用潜艇，击沉了协约国大量舰船，探测潜艇的任务又提到科学家的面前[1]。当时的科学家郎之万和他的朋友利用当时已出现的功率很大的放大器和石英压电晶体结合起来，能向水下发射几十千赫兹的超声波，成功的将超声波应用到实际中。 现在，超声波测试把超声波作为一种信息载体，它已在海洋探测与开发、无损检测、医学诊断等领域发挥着不可取代的独特作用。例如：在海洋应用中，超声波可以用来探测鱼群和冰山，可以用于潜艇导航或传送信息、地形地貌测绘和地质勘探等。在检测中，利用超声波检测固体材料内部缺陷、材料尺寸测量、物理参数侧量等。在医学中，可以利用超声波进行人体内部器官的组织结构扫描和血流速度的测量等。 超声波工作原理 这次做机器人用到了超声波，才开始看它的工作原理，感觉还很简单，但是调试到最后，发现了很多问题，该碰到的都碰到了。赶紧写出来分享给大家。 先把超声波的工作原理贴出来：

小径管对接焊接接头的相控阵超声检测

小径管对接焊接接头的相控阵超声检测 摘要：对小径管对接焊接接头中的裂缝、密集气孔、未焊透等缺陷进行相控阵超声波检测和射线检测，通过将两者的检测结果进行分析和比较，对两者的检测效果进行评价。本文主要是对相控阵超声波检测手段的优势和其在小管径检测中的应用进行了一定的分析，旨在推动相控阵超声波检测技术的广泛应用。 关键词：小径管对接焊接；接头；相控阵超声检测 引言 相控阵超声检测可以获取实时的检测结果，能够对工件的缺陷进行多种方式的扫描，是一种可以记录的无损检测方式。相控阵超声检测的主要优势就是声束角度和聚焦深度精确可控，声束可达性强，检测精度高，缺陷显示直观，检测速度快，是具有较高可靠性的检测技术，在工业领域有着颇为广泛的应用。笔者对小径管对接焊接接头中的缺陷进行了相控阵超声波检测，并且与射线检测结果进行了一定的比较分析。 一、相控阵超声检测技术 （一）相控阵超声检测技术的原理 相控阵超声检测方法主要是通过对换能器阵列中的单个阵元进行分别控制，以特定的时序法则进行激发和接收，进而实现声束在工件中的偏转和聚焦。采用自聚焦传感器能进一步增强聚焦能力和分辨力，有效的改善了小径管中波型畸变和杂波干扰的情况。 （二）试样管的焊制 小径管的试样管采用的是与广东省某电厂机组锅炉受热面管同规格同材质的管件，其中对接接头存在着一定的裂纹、未熔合、密集气孔有缺陷等问题，具体的示意图可以如下图1所示，焊接的方法主要是钨极氩弧焊。 图1 焊接接头简图 （三）相控阵检测系统 1、相控阵检测仪器 本次研究主要采用的仪器是phascan 32/128相控阵检测仪，Cobra16阵元自聚焦传感器，一次性激发16阵元。 2、相控阵检测探头和楔块 对于相控阵超声探头来说，它主要是阵列探头，在进行现场检测的时候要根据小径管的尺寸来对探头和楔块的型号和大小进行选择。一般来说，探头在进行使用的过程中，因为小径管的曲率过大，要将其和探头之间的耦合损失降低，就需要使用能够与小径管进行紧密切合的楔块，选择曲率相近的曲面。 （四）声束覆盖范围设置 在对小径管焊缝进行相控阵超声扇形扫查的时候，要对探头前沿到焊缝中心线的距离进行正确的选择，要保证在进行扇形扫查的时候大角度声束能够对焊缝的下面部分进行覆盖，小角度声束可以覆盖到焊缝的上面部分，进而达到对焊接接头的全面检测，避免出现遗漏。在对小径管对接接头进行检测的时候，还可以通过使用专业的软件来对声束覆盖范围进行模拟，然后对的不同角度的波束覆盖情况的进行模拟现实，通过这样的模拟结果可以找到适当的探头前沿距离和波束角度范围等等。 （五）相控阵检测校准设置

超声波热量表原理及应用

一、超声波热量表原理： 1、基本原理： 热量表是将一对温度传感器分别安装在通过载热流体的上行管和下行管 号，一对温度传感器给出表示温度高低的模拟信号，而积算仪采集来自流量 热水所提供的热量与热水的进回水温差及热水流量成正比例关系。热水流量采用声波时差法原理进行测量，进回水温度则通过铂电阻温度计测量。热能表积算仪将热水流量和进回水温度进行数据运算处理，最后得出所消耗掉的热量，单位为 kWh 、 MWh、MJ 或 GJ。

2、 计算方法： a 、焓差法（依据供回水温度、流量对水流时间进行积分来计算） Q =∫q m ×?h ×d τ=∫ρ×q v ×??×d ττ1 τ0τ1τ0 Q ：系统释放或吸收的热量； q m ：水的质量流量 q v ：水的体积流量 ?? ：供水和回水温度的水的焓值差 b 、热系数法（根据供回水温差、水的累积流量） Q =∫k ×?θ×dv v0 v1 K=ρ???θ V :水的体积 ?θ：供水和回水的温差 k ：热系数 （具体密度及焓的取值参见GB/T 32224-2015附录A ） 二、 超声波热量表的选用 1、 机械部分 a 、热量表外形尺寸选用：热量表公称口径；公称压力；热量表全长、热量表计算器长度、高度、计算器高度、表接螺纹、流量计表体材质等。保证热量表可以正确安装在设备无干涉、且后期检修方便。 b 、热量表技术数据选用：包含热量表的最小流量、最大流量、过载流量、热量表温度围、公称流量下的压力损失、最大温差、最小温差、测算精度、热量表防护等级等。 2、 电气及软件部分 热量表供电方式：一般为24V 和230V （具体参见说明书）。 温度传感器类型、传感器导线长度（严禁自行加长、截短或更换导线）、热量表的通讯方式及通讯接口、流量计计量周期、用户M-Bus 抄表系统、

超声相控阵相关知识

相控阵的概念起源于雷达天线电磁波技术，超声相控阵最早仅用于医疗领 域。近年来，随着微电子、计算机等新技术的快速发展，超声相控阵逐渐被应用 于工业无损检测领域。 超声相控阵通过各阵元发出声束的有序叠加可以灵活地生成偏转及聚焦声 束，不需更换探头即可完成对关心区域的高分辨率检测，且其特有的线性扫查、 扇形扫查、动态聚焦等工作方式可在不移动或少移动探头的情况下对零件进行高效率检测。因此，较传统的单晶片超声检测，超声相控阵的声束更灵活、检测速度更快、分辨率更高、更适用于形状复杂的零部件检测。 超声相控阵探头是将若干个独立的压电晶片按照一定的排列组合成一个阵 列，通过控制压电晶片的激励顺序及延时，来实现声束的偏转以及聚焦。 超声相控阵是基于Huygens-Fresnel原理，由各个阵元发出的超声波经过干涉形成预期的声束。以同一频率的脉冲激发各个阵元，并对各个阵元的激发时间施加一定的延迟，于是各阵元的发射声波产生了相位差，从而影响干涉结果，即可以形成偏转及聚焦声束。各阵元的激发延时一般被称为聚焦法则或延时法则。

&恤I hit IJI Itic fuiniiiiion of beam 聚焦点 崖焦百虫形處示豈 (b*i l he torm&twri of tu^using buMi 图2超声相控阵偏转疑聚焦声束的形成 与传统单晶片换能器的超声检测不同，超声相控阵不同的阵元组合与不同的聚焦法则相结合，形成了3种特有的工作方式，即线性扫查，扇形扫查和动态聚焦。 线性扫查 线性扫查，又称为电子扫查，具体步骤为: 1）假设相控阵阵元总数为N，令其中相邻的n（ 1v* N）个阵元为一组，对每一组阵元施加相同的聚焦法则 2）以设定的聚焦法则激发第一组阵元； 3）沿阵列长度方向向前移动一个步进值（一般为一个阵元晶片），以同样的 聚 焦法则激发第2组阵元。以此类推，直至最后一个阵元。一般将上述的一组阵元称 为一个序列。这样扫查完成后会得到N-n+1个序列回波信号，在不移动探头 的情况下就可以检测到较大区域。线性扫查的示意图如图3（ a）所示

相控阵超声新技术在电站设备无损检测中的实践思路探索(正式版)

文件编号：TP-AR-L2243 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. （示范文本） 编订：_______________ 审核：_______________ 单位：_______________ 相控阵超声新技术在电站设备无损检测中的实践思路探索(正式版)

相控阵超声新技术在电站设备无损 检测中的实践思路探索(正式版) 使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。 超声相控阵检测技术20世纪60年代就已经出 现，被应用于医疗领域。但是由于固体中波动传播复 杂性、系统复杂性和成本费用高等因素存在，限制了 超声相控阵检测技术在无损检测中的运用。而电子技 术和计算机技术以及压电复合材料等高新技术被广泛 综合应用，促进了超声相控阵技术发展，并且渐渐应 用到工业无损检测中。 现代技术飞速发展，带动了很多高新技术在超声 相控阵技术中被综合应用，从而降低了相控阵系统复 杂性与制作费用[1]

。而且相控阵技术具有比传统超声波检测更加明显的优势，使得超声相控阵检测技术被广泛应用于工业无损检测领域，并且日渐得到人们重视，迎来了很大的发展空间。 超声相控阵检测技术 超声相控阵检测技术建立在惠更斯原理上，其探头由许多个晶片组成。要应用时，则需要按照相关规则以及时序激活探头中一组或全部晶片，其中相控阵仪器的控制能力与检测需要决定着晶片激活数量。晶片被激活后，发出的超声波即为次波。每一个晶片的次波会彼此干涉，形成新波阵面并传播开来，从而形成超声波束检测工件。 无损检测技术 无损检测就是在不损坏被检测设备的基础上，根据物理特性将被检对象的内外部缺陷的位置、形状、

超声波提取原理、特点与应用介绍

超声波提取原理、特点与应用介绍 超声波指频率高于20KHz，人的听觉阈以外的声波。 超声波提取在中药制剂质量检测中（药检系统）已广泛应用。《中华人民共和国药典》中，应用超声波处理的有232个品种，且呈日渐增多的趋势。 近年来，超声波技术在中药制剂提取工艺中的应用越来越受到关注。超声波技术用于天然产物有效成分的提取是一种非常有效的方法和手段。作为中药制剂取工艺的一种新技术，超声波提取具有广阔的前景。 超声波提取是利用超声波具有的机械效应，空化效应和热效应，通过增大介质分子的运动速度、增大介质的穿透力以提取生物有效成分。 1、提取原理 （1）机械效应超声波在介质中的传播可以使介质质点在其传播空间内产生振动，从而强化介质的扩散、传播，这就是超声波的机械效应。超声波在传播过程中产生一种辐射压强，沿声波方向传播，对物料有很强的破坏作用，可使细胞组织变形，植物蛋白质变性；同时，它还可以给予介质和悬浮体以不同的加速度，且介质分子的运动速度远大于悬浮体分子的运动速度。从而在两者间产生摩擦，这种摩擦力可使生物分子解聚，使细胞壁上的有效成分更快地溶解于溶剂之中。 （2）空化效应通常情况下，介质内部或多或少地溶解了一些微气泡，这些气泡在超声波的作用下产生振动，当声压达到一定值时，气泡由于定向扩散（rectieddiffvsion）而增大，形成共振腔，然后突然闭合，这就是超声波的空化效应。这种气泡在闭合时会在其周围产生几千个大气压的压力，形成微激波，它可造成植物细胞壁及整个生物体破裂，而且整个破裂过程在瞬间完成，有利于有效成分的溶出。 （3）热效应和其它物理波一样，超声波在介质中的传播过程也是一个能量的传播和扩散过程，即超声波在介质的传播过程中，其声能不断被介质的质点吸收，介质将所吸收的能量全部或大部分转变成热能，从而导致介质本身和药材组织温度的升高，增大了药物有效成分的溶解速度。由于这种吸收声能引起的药物组织内部温度的升高是瞬间的，因此可以使被提取的成分的生物活性保持不变。 此外，超声波还可以产生许多次级效应，如乳化、扩散、击碎、化学效应等，这些作用也促进了植物体中有效成分的溶解，促使药物有效成分进入介质，并于介质充分混合，加快了提取过程的进行，并提高了药物有效成分的提取率。 2、超声波提取的特点 （1）超声波提取时不需加热，避免了中药常规煎煮法、回流法长时间加热对有效成分的不良影响，适用于对热敏物质的提取；同时，由于其不需加热，因而也节省了能源。 （2）超声波提取提高了药物有效成分的提取率，节省了原料药材，有利于中药资源的充分利用，提高了经济效益。 （3）溶剂用量少，节约了溶剂。 （4）超声波提取是一个物理过程，在整个浸提过程中无化学反应发生，不影响大多数药物有效成分的生理活性。 （5）提取物有效成分含量高，有利于进一步精制。 3、超声波技术在天然产物提取方面的应用 与水煎煮法对比，采用超声波法对黄芩的提取结果表明，超声波法提取与常规煎煮法相比，提取时间明显缩短，黄芩苷的提取率升高；超声波提取10、20、40、60min均比煎煮法提取3h的提取率高。 应用超声波法对槐米中主要有效成分芦丁的提取结果表明，超声波处理槐米30min所

1-第一章 超声相控阵技术基本概念

第一章超声相控阵技术的基本概念 本章描述超声波原理、相控阵延时（或聚焦定律）概念，并介绍R/D公司研制的相控阵仪器设备。 1.1 原理 超声波是由电压激励压电晶片探头在弹性介质（试件）中产生的机械振动。典型的超声频率范围为0.1MHz～50MHz。大多数工业应用要求使用0.5MHz～15MHz的超声频率。 常规超声检测多用声束扩散的单晶探头，超声场以单一折射角沿声束轴线传播。其声束扩散是唯一的“附加”角度，这对检测有方向性的小裂纹可能有利。 假设将整个压电晶片分割成许多相同的小晶片，令小晶片宽度e远小于其长度W。每个小晶片均可视为辐射柱面波的线状波源，这些线状波源的波阵面会产生波的干涉，形成整体波阵面。 这些小波阵面可被延时并与相位和振幅同步，由此产生可调向的超声聚焦波束。 超声相控阵技术的主要特点是多晶片探头中各晶片的激励（振幅和延时）均由计算机控制。压电复合晶片受激励后能产生超声聚焦波束，声束参数如角度、焦距和焦点尺寸等均可通过软件调整。扫描声束是聚焦的,能以镜面反射方式检出不同方位的裂纹。这些裂纹可能随机分布在远离声束轴线的位置上。用普通单晶探头，因移动范围和声束角度有限，对方向不利的裂纹或远离声束轴线位置的裂纹，漏检率很高（见图1）。 图﹡ ﹡常规

图1-2 脉冲发生和回波接收时的声束形成和时间延迟（同相位、同振幅） 图1-3 超声波垂直（a ）和倾斜（b ）入射时声束聚焦原理 发射 接收 超声波探伤仪 超声波探伤仪 触发 相控阵控制器 相控阵控制器 脉冲激励 阵列探头 缺陷 缺陷 入射波阵面 反射波阵面 回波信号 Σ 接收延时 延时 [ns] 延时 [ns] 转角 产生的波阵面 产生的波阵面 阵列探头 阵列探头

超声波原理与应用

超声波提取原理与特点 超声波提取是利用超声波具有的机械效应，空化效应和热效应，通过增大介质分子的运动速度、增大介质的穿透力以提取生物有效成分。 机械效应 超声波在介质中的传播可以使介质质点在其传播空间内产生振动，从而强化介质的扩散、传播，这就是超声波的机械效应。超声波在传播过程中产生一种辐射压强，沿声波方向传播，对物料有很强的破坏作用，可使细胞组织变形，植物蛋白质变性；同时，它还可以给予介质和悬浮体以不同的加速度，且介质分子的运动速度远大于悬浮体分子的运动速度。从而在两者间产生摩擦，这种摩擦力可使生物分子解聚，使细胞壁上的有效成分更快地溶解于溶剂之中。 空化效应 通常情况下，介质内部或多或少地溶解了一些微气泡，这些气泡在超声波的作用下产生振动，当声压达到一定值时，气泡由于定向扩散（rectieddiffvsion）而增大，形成共振腔，然后突然闭合，这就是超声波的空化效应。这种气泡在闭合时会在其周围产生几千个大气压的压力，形成微激波，它可造成植物细胞壁及整个生物体破裂，而且整个破裂过程在瞬间完成，有利于有效成分的溶出。 热效应 和其它物理波一样，超声波在介质中的传播过程也是一个能量的传播和扩散过程，即超声波在介质的传播过程中，其声能不断被介质的质点吸收，介质将所吸收的能量全部或大部分转变成热能，从而导致介质本身和药材组织温度的升高，增大了药物有效成分的溶解速度。由于这种吸收声能引起的药物组织内部温度的升高是瞬间的，因此可以使被提取的成分的生物活性保持不变。 此外，超声波还可以产生许多次级效应，如乳化、扩散、击碎、化学效应等，这些作用也促进了植物体中有效成分的溶解，促使药物有效成分进入介质，并于介质充分混合，加快了提取过程的进行，并提高了药物有效成分的提取率。 超声波提取的特点 超声波提取时不需加热，避免了中药常规煎煮法、回流法长时间加热对有效成分的不良影响，适用于对热敏物质的提取；同时，由于其不需加热，因而也节省了能源。 超声波提取提高了药物有效成分的提取率，节省了原料药材，有利于中药资源的充分利用，提高了经济效益。 溶剂用量少，节约了溶剂。

TOFD与超声波相控阵检测技术特点比较

TOFD与超声波相控阵检测技术特点比较TOFD方法具有超声成像技术，它通过采用一发一收探头布置，然后要求相应的探头入射点间距离，在平板对接焊缝、环焊缝方面具有很大的优势，下面是小编搜集的一篇探究TOFD与超声波相控阵检测技术特点的论文范文，欢迎阅读查看。目前我国无损检领域应用最广泛的是TOFD技术，业界人士已经普遍认可了TOFD技术，这项技术在我国的工业领域已经有了数不胜数的成功案例。21世纪初，我国引入了Isonic系列便携式超声波成像检测系统(以色列的IsonotronNDT公司出品)，经由一系列的实际的对比以及验证加之不断改进和创新了的扫查器系统，TOFD技术被更多的应用到各工业现场检测中。TOFD方法具有超声成像技术，它通过采用一发一收探头布置，然后要求相应的探头入射点间距离，在平板对接焊缝、环焊缝及直径大于500mm的纵缝中厚板检测方面具有很大的优势，但是该技术也存在一些弊端，比如对于复杂几何形状的结构件、焊缝检测盲区等束手无策。到目前为止超声相控阵技术已经在我国发展了20年，在早期主要应用在医疗领域，利用该技术可以在实际的医学超声成像中对被检器官进行成像，有益于医学的不断发展和进步，但是由于很多客观因素的限制，比如系统的复杂性、固体中波动传播的复杂性及成本费用高等，使得该技术的应用面受限。在这种情况下，在超声相控阵成像领域应用压电复合材料、数据处理分析等高新技术是大势所趋，未来超声相控阵检测技术一定会得到更加广泛的应用。超声相控阵是采用多晶片控制声束聚焦技术，探头可以在同一位置实现很大声

束及角度范围内的电子扫查，适用于复杂几何形状结构件的检测。 下面对TOFD和相控阵的检测技术做简要对比。 1、TOFD的技术特点 1.1 TOFD的优点 TOFD技术不仅具有很强的缺陷检出能力，还具有很高的缺陷定量精度，除此之外还具有很高的时效性和安全性，可永久保存其检测数据。 ①效率高：该技术只需要做线性扫查就可以对焊缝完成扫查，很大程度上扩大了单组探头检测对焊缝的覆盖范围大，远远超过了传统的检测方法。 ②灵敏度高：由于该技术的衍射波信号具有很高的灵敏度，很大程度上保证了检出率。 ③精度高：利用衍射时差计算方法，缺陷的高度可以得到精确的计算。 ④影响小：该技术不会因焊缝结构或缺陷的方向性就左右最后的检测结果，其检测结果具有很高的稳定性，几乎不受其他因素的影响。 ⑤漏检少：衍射波具有高灵敏度，通过图像记录完整检测数据，重复性好。 ⑥数据全：检测结果的时效性很强，并且相关数据和资料会以存盘、打印出来等形式永久的保留下来，以便随时进行分析处理。 ⑦更安全：采用该技术不会对相关人员造成人身伤害。

超声相控阵技术的发展及应用

超声相控阵技术的发展及应用 钟志民,梅德松 (核工业无损检测中心,上海200233) 摘要:扼要介绍超声相控阵技术的发展历史、原理及特点。着重介绍其最新研究动态及其在核工业无损检测与评价中的典型应用。指出将相控阵技术同其它诸如纵波一发一收(TRL) 、声时衍射(TOFD) 技术、数字信号处理(DSP) 及成像等技术结合起来,将有助于充分发挥其特点,提高其检测能力,促进无损检测与评价的发展及应用。 关键词: 超声检验; 相控阵技术; 换能器; 核电站 中图分类号:TG115. 28 + 5 文献标识码:A 文章编号:100026656 (2002) 022******* DEVELOPMENT AND APPLICATION OF ULTRASONIC PHASED ARRAY TECHNIQUE ZHONG Zhimin , MEI Desong (Nuclear Non2Destructive Testing Center , Shanghai 200233 , China) Abstract : The development history , theory and characterization of ultrasonic phased array technique , especially the state2of2the2arts and applications of the technique in nuclear industry nondestructive testing and evaluation (NDT & E) are https://www.wendangku.net/doc/806086814.html,bining phased array technique with TRL ( the transmitter2receiver technique for longitudinal waves) , TOFD ( time of flightdiffraction) , DSP(digital signal processing) and imaging technique will improve detectability and promote NDT&E developmentand application. Keywords :Ultrasonic testing ; Phased array technique ; Transducer ; Nuclear power station 超声相控阵技术已有近20 多年的发展历史。初期主要应用于医疗领域,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[1 ];利用其可控聚焦特性局部升温热疗治癌,使目标组织升温并减少非目标组织的功率吸收[2 ]。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。然而随着电子技术和计算机技术的快速发展,超声相控阵技术逐渐应用于工业无损检测,特别是在核工业及航空工业等领域。如核电站主泵隔热板的检测[3 ];核废料罐电子束环焊缝的全自动检测[4 ]及薄铝板摩擦焊焊缝热疲劳裂纹的检测[5 ]。近几年,超声相控阵技术发展尤为迅速,在第15 届世界无损检测会议中,关于超声相控阵技术的文献有17 篇之多。在相控阵系统设计、系统仿真、生产与测试和应用等方面已取得一系列进展,如采用新的复合材料压电换能器改善电声性能[6 ];奥氏体焊缝、混凝土和复合材料等的超声相控阵检测[7-9 ] ;R/ D TECH ,SIEMENS 及IMA2SONIC 等公司已生产超声相控阵检测系统及相控阵换能器。而动态聚焦相控阵系统[10 ] ,二维阵列、自适应聚焦相控阵系统[11 ] ,表面波及板波相控阵换能器[12 ]和基于相控阵的数字成像系统等的研制、开发、应用及完善已成为研究重点。其中,自适应聚焦相控阵技术尤为突出,它利用接收到的缺陷回波信息调整下一次激发规则,实现声束的优化控制,提高缺陷(如厚大钛锭中的小缺陷或埋藏较深的大缺陷)的检出率。目前,国内在超声相控阵技术上的研究应用尚处于起步阶段,主要集中于医疗领域。 1 原理及特点 超声相控阵换能器的设计基于惠更斯原理。换能器由多个相互独立的压电晶片组成阵列,每个晶片称为一个单元,按一定的规则和时序用电子系统控制激发各个单元,使阵列中各单元发射的超声波叠加形成一个新的波阵面。同样,在反射波的接收过程中,按一定规则和时序控制接收单元的接收并进行信号合成,再将合成结果以适当形式显示[13 ]。 由其原理可知,相控阵换能器最显著的特点是可以灵活、便捷而有效地控制声束形状和声压分布。其声束角度、焦柱位置、焦点尺寸及位置在一定范围内连续、动态可调;而且探头内可快速平移

基于超声波相控阵无损检测技术在小口径无缝钢管上的应用研究

基于超声波相控阵无损检测技术在小口径无缝钢管上的应 用研究 摘 要：本文介绍了超声波相控阵技术原理，分析该 技术的独特优势对小口径无缝钢管的检测更具针对性，可以 明显提高缺陷检出率与检测速度。重点研究 89 机组在线 2# 线美国GE 公司生产的ROWA240-6WT PAT 型相控阵超声波钢 管自动分层测厚系统在小口径无缝钢管检测上的应用。 关键词： 超声波相控阵； 分层；测厚；小口径无缝钢管； 探伤 0. 概述 超声波相控阵检测技术的应用始于 20 世纪 60 年代，目 前已广泛应用于医学超声成像领域。由于该系统复杂且制作 成本高，因而在工业无损检测方面的应用受到限制。 近年来， 超声相控阵技术以其灵活的声束偏转及聚焦性能越来越引 起人们的重视。由于压电复合材料、纳秒级脉冲信号控制、 数据处理分析、软件技术及计算机模拟等多种高新技术在超 声相控阵成像领域中的综合应用，使得超声波相控阵技术得 到快速发展，逐渐应用于工业无损检测。 1. ROWA240-6WT PAT 型GE 相控阵超声波钢管自动分层 中图分类 口 号： TB559 文献标识码： A

测厚设备简介 89机组在线2#线管体超声分层测厚设备是美国 GE 公司 生产的ROWA240-6WT PAT 型相控阵超声波钢管自动分层测 厚系统。本套设备包含测厚分层检测主机、主机进 /出平台、 中心线导向装置、 6 组相控阵探头、前端电子、后端电子、 供水系统、导套及橡胶密封、控制系统等。 1.1 探头布置及主要参数 1.1.1 探头布置 该系统共有 6 个相控阵探头阵列，成环状布置，分为 2 列， 2 列的探头交错布置。探头阵列其布置如图 1 所示。 1.1.2 探头阵列主要参数 晶片组成，每个晶片尺寸为1.15 X 12.5mm 。每个虚拟探头最 多由 16个晶片组成， 每个虚拟探头的最大重复频率为 1.2 检测能力 检测外径： 32mm ?115mm 壁厚范围： 3mm ?16mm 壁厚静态测量精度：± 0.03mm 壁厚动态测量精度：± 0.05mm 壁厚减薄： 25mm （L ）X 25mm （W ）X 12.5%WT （D ） 夹层缺陷：①6.3mm 平底孔，当壁厚大于等于 6mm 时， 夹层缺陷深度介于1/4?1/2壁厚深度，夹层最小深度为2mm 。 探头阵列含 6 组相控阵探头，每个相控阵探头由 126 个 20kHz 。

超声相控阵技术在工业上的应用

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/806086814.html, 超声相控阵技术在工业上的应用 作者：刘晓睿刘斯以吴斌斌 来源：《硅谷》2012年第17期 摘要: 超声相控阵技术最早应用在医疗领域,从上个世纪80年代起,超声相控阵技术开始应用到核电领域。20多年以来,超声相控阵技术在工业上的应用范围越来越广泛,在电力、航空、航天、石化等行业都能够看到它的身影。相信随着相控阵设备价格的不断下降、人员培训规模的日益扩大以及相关标准的逐步建立与完善,工业相控阵技术的应用会越来越普及。 关键词: 超声相控阵;工业应用;线性扫查;扇形扫查 1 超声相控阵技术简介 普通超声探头通常由一个晶片来产生超声波,其声束的传播角度是唯一的,在实际检测中,为了防止漏检,通常需要进行不同角度的扫查。相控阵探头是由许多独立的晶片构成的,每个晶片都能被单独激发。这些探头由特殊的装置驱动,能够在每个通道独立的、同步的发射和接收信号。超声相控阵的一个重要特性就是可以通过软件来改变超声波束的特性。根据系统软件设置,每个晶片都能通过不同的时间延时来激活,并发射和接收超声信号。另外扫查角度范围、聚焦 深度和焦点尺寸等也都能通过软件控制。因而在一定程度上克服了常规超声由于声束的方向性造成的在缺陷检出和定量上的限制。 超声相控阵的两个重要特性是偏转和聚焦,这些特性在理论上的实现都是基于波的叠加和 干涉以及惠更斯原理。相控阵探头根据晶片的排布可以分成环阵、一维线阵、扇形环阵、二维矩阵、曲率线阵等。超声相控阵技术在扫查方式上主要分为线性扫查、扇形扫查、动态深度聚焦等,在显示方式上分为A显示、B显示、C显示、D显示、S显示等。 上世纪80年代,出现了工业用相控阵系统,这种系统非常的大,需要把数据传入电脑来进行 数据处理和图像展示,至少需要两个人来操作。这类设备大部分都是用在在役电站的检查中,特别是核电领域。上世纪90年代以来,随着电子和软件技术的发展,依靠低功率的电子元件、低能耗的结构,结合微处理器技术,使得电池驱动的相控阵设备的产生成为可能。1997年,RD/TECH 公司发布了便携式的相控阵设备Tomoscan FOCUS,它使得相控阵信号产生、数据处理、显示和分析都能在一台仪器上完成,从此相控阵技术的应用领域更加广阔。下面将介绍一些国外相控 阵应用的实例。 2 电力 Figure 1 Example of blade root inspection 超声相控阵技术可以检测电站汽轮机叶根的应力腐蚀裂纹。汽轮机的几何形状比较复杂, 被检工件的接触面有限,在检测时需要保证缺陷漏检率越小越好,利用超声相控阵技术可以根据