相控陣超聲掃描檢測(cè)興起的超聲檢測(cè)技術(shù)
發(fā)布日期：2019-08-01
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? ? 相控陣超聲掃描檢測(cè)是近年來(lái)興起的超聲檢測(cè)技術(shù),是按照一定規(guī)律排布超聲陣列換能器,通過(guò)控制激發(fā)晶片的個(gè)數(shù)和激發(fā)時(shí)序,來(lái)控制超聲波聲束掃描聚焦的范圍和位置。
? ? 相控陣超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)因其快速靈活而高效的聲束掃查聚焦控制、較大的動(dòng)態(tài)變化范圍以及清晰的實(shí)時(shí)成像,逐漸發(fā)展為一種主流的工業(yè)無(wú)損檢測(cè)新興技術(shù)手段,在石油長(zhǎng)途運(yùn)輸管道及大型儲(chǔ)罐焊縫檢測(cè)中起到不可替代的作用。國(guó)內(nèi)自主研制的超聲相控陣檢測(cè)系統(tǒng)在相關(guān)技術(shù)層面還有很大的發(fā)展空間。本論文設(shè)計(jì)了一個(gè)應(yīng)用于大型石油儲(chǔ)罐焊縫檢測(cè)的多通道超聲相控陣自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng),并就其中幾項(xiàng)重點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行了仔細(xì)研究。
? ? 本文主要工作內(nèi)容如下：
? ? 1.對(duì)超聲相控陣檢測(cè)的原理進(jìn)行了綜合描述,詳細(xì)討論了超聲相控陣動(dòng)態(tài)掃描的聚焦法則和延時(shí)控制法則及其物理依據(jù),作為本課題的理論依據(jù)。
? ? 2.設(shè)計(jì)了32通道超聲相控陣自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的硬件方案,主要是針對(duì)16通道儀器硬件的缺陷,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了重要模塊電路的改進(jìn)和重新設(shè)計(jì)。包括對(duì)相控陣超聲脈沖發(fā)射電路、回波信號(hào)接收電路、超聲模擬前端集成電路、DDR存儲(chǔ)部分電路、兩片F(xiàn)PGA作為主從控制器的接口電路等重要電路模塊的改進(jìn)設(shè)計(jì)。
? ? 3.設(shè)計(jì)了基于乒乓存儲(chǔ)的高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,給出高速數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)的整體架構(gòu)的同時(shí),就USB2.0控制器基于SlaveFIFO模式的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)控制,DDR存儲(chǔ)芯片的讀寫(xiě)操作控制時(shí)序以及使用IP核對(duì)DDR接口控制等方面進(jìn)行了深入研究。并通過(guò)大量仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,證明了數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)的可行性。
? ? 4.設(shè)計(jì)了使用DSPBuilder實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲回波信號(hào)的濾波的方案,并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了對(duì)回波信號(hào)濾波的效果。本文設(shè)計(jì)的多通道相控陣檢測(cè)系統(tǒng)已投入應(yīng)用于中石油大型儲(chǔ)罐焊縫檢測(cè)中,目前處在試驗(yàn)階段。系統(tǒng)的穩(wěn)定性、高效性和實(shí)時(shí)性基本滿(mǎn)足工業(yè)超聲無(wú)損檢測(cè)的各項(xiàng)指標(biāo)
? ? 相對(duì)于慣例的單探頭超聲波檢查辦法，超聲波相控陣檢查辦法的特色在于：
? ? 1、簡(jiǎn)化手工操作：同時(shí)運(yùn)用檢查同一點(diǎn)，減小探頭移動(dòng)所需的掃描面接觸區(qū)（最好接觸面）；可調(diào)聚集距離和焦點(diǎn)方位，減小特色視點(diǎn)或聚集探頭屢次檢查的需求；削減變換探頭，可削減以往檢查所需時(shí)刻，進(jìn)步檢查速度和效率；增加檢查區(qū)域的掩蓋路。
? ? 2、多種掃查方式：相控陣探頭中的壓電晶片按選定的序列替換激起，是的電子掃描（E—掃描）可以完成高精度、迅速的斷面掃描（扇形S掃描）以及A掃描、翻滾B掃描和L（線(xiàn)性）掃描，甚至能完成C掃描，可以是超聲波束非常迅速地掩蓋構(gòu)件，要比慣例的單探頭機(jī)械系統(tǒng)快得多，從而在相同時(shí)刻里能提供非常好的掩蓋。
? ? 3、檢查效率高：因?yàn)橄嗫仃囂筋^在一個(gè)方位上就可以一次檢查一切的指定的被檢查部分，探頭可完成多視點(diǎn)掃查，一個(gè)探頭便可代替多個(gè)以往不相同視點(diǎn)、不相同焦點(diǎn)探頭，從而大大縮短了檢查時(shí)刻，相對(duì)節(jié)省了成本，因?yàn)橄鳒p了掃查時(shí)刻，也減輕了檢查人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且進(jìn)步了查驗(yàn)精度和可靠性。
? ? 4、習(xí)慣性強(qiáng)：超聲波相控陣的檢查設(shè)置可在幾分鐘內(nèi)改動(dòng)（軟件設(shè)定），因此能習(xí)慣許多構(gòu)件的尺度和幾何形狀改變，可以適合于形狀雜亂的構(gòu)件查驗(yàn)，并且分辨率和靈敏度比傳統(tǒng)的超聲波檢查辦法高。超聲波相控陣檢查適用于動(dòng)力工業(yè)、石化工業(yè)、航空和航天工業(yè)、船只、鐵軌、轎車(chē)等工業(yè)。如核電站和動(dòng)力工廠主要零部件的查驗(yàn)，如渦輪盤(pán)、渦輪葉片根部、核反應(yīng)堆的管路、容器和轉(zhuǎn)子、法蘭盤(pán)等，管道查驗(yàn)腐蝕檢查和制作腐蝕圖，大型曲面板材、鋁合金焊縫、搭接連接、環(huán)形件和噴嘴、各種制件的構(gòu)造完好評(píng)估。
? ? 超聲波相控陣檢查技能的局限性：
? ? 1、超聲波相控陣檢查對(duì)象、檢查規(guī)模以及檢查才能除了受其應(yīng)用軟件的約束外，還受相控陣陣列的頻率、壓電原件的尺度和距離以及加工精度的約束。
? ? 2、在檢查進(jìn)程中，與慣例超聲波檢查相同遭到諸如工件表面粗糙度、耦合質(zhì)量、被檢材料冶金狀況、探測(cè)面挑選等技術(shù)要素的影響，依然需求有對(duì)較量塊來(lái)校準(zhǔn)。
? ? 3、儀器的調(diào)理進(jìn)程比較雜亂，調(diào)理準(zhǔn)確性對(duì)檢查成果影響大。
