超聲檢測(cè)之相控陣C掃描

超聲檢測(cè)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(jì)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(cè)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(cè)量材料的厚度，分析材料的屬性。*無(wú)損、安全的超聲檢測(cè)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(cè)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(cè)的進(jìn)步與電子學(xué)的發(fā)展同步進(jìn)行，后來(lái)又得益于計(jì)算機(jī)的發(fā)展而突飛猛進(jìn)。二十世紀(jì)三十年代，歐洲和美國(guó)的早期研究成果表明高頻聲波能以可預(yù)見(jiàn)的方式從隱藏的缺陷或材料的邊界處反射回來(lái)，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(jìn)一步推動(dòng)了在超聲學(xué)方面的研究。在1945年，美國(guó)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(tái)儀器一般被看作是第一臺(tái)使用脈沖/回波技術(shù)的實(shí)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(wèn)世。二十世紀(jì)六十年代和七十年代在超聲探傷儀、測(cè)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(jì)四十年代后期，日本的研究人員最先在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域使用了超聲檢測(cè)技術(shù)。他們使用早期的B掃描設(shè)備獲得人體細(xì)胞組織層的兩維剖面圖像。到了二十世紀(jì)六十年代，早期的醫(yī)學(xué)掃描儀被用于探測(cè)并顯示腫瘤、膽結(jié)石和類似異常情況的輪廓。在二十世紀(jì)七十年代，精確測(cè)厚儀的出現(xiàn)將超聲檢測(cè)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(cè)量工件的厚度。腐蝕測(cè)厚儀在測(cè)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(hào)處理技術(shù)和自80年代以來(lái)就可以便宜的價(jià)格獲得的微處理器。這也促成了用于缺陷探傷、厚度測(cè)量和聲學(xué)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(cè)系統(tǒng)的問(wèn)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(gè)軸做物理意義上的位移，而在另一個(gè)軸的方向上，聲束會(huì)根據(jù)聚焦法則序列進(jìn)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(hào)波幅或深度數(shù)據(jù)會(huì)被收集起來(lái)。進(jìn)行相控陣檢測(cè)時(shí)，在使用編制好的聲束孔徑進(jìn)行每個(gè)聚焦法則的序列觸發(fā)的過(guò)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(jìn)行檢測(cè)時(shí)為試塊生成的實(shí)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(gè)聚焦法則的孔徑由16個(gè)晶片組成，每次脈沖觸發(fā)時(shí)，孔徑會(huì)向前移動(dòng)一個(gè)晶片。這樣會(huì)生成49個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)會(huì)被繪制成沿探頭的37毫米（1.5英寸）長(zhǎng)度方向上的圖像。當(dāng)探頭以直線方式向前移動(dòng)時(shí)，會(huì)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(diǎn)與實(shí)際工件上的位置保持精確對(duì)應(yīng)時(shí)，通常要使用編碼器，雖然在很多情況下，通過(guò)非編碼的手動(dòng)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(huì)*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(diǎn)。相控陣系統(tǒng)為便攜式設(shè)備，可被方便地?cái)y帶到檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，而常規(guī)系統(tǒng)不能做到這點(diǎn)，而且購(gòu)買相控陣系統(tǒng)的費(fèi)用只為購(gòu)買常規(guī)系統(tǒng)的三分之一。此外，相控陣圖像通常來(lái)說(shuō)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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