相控阵技术的基础原理课件

相控阵培训课程相控阵工作原理相控阵培训课程相控阵工作原理1相控阵定义一种晶片的激发时间可以单独调节，以控制声束轴线和焦点等参数的换能器晶片阵列。Source:NDTOn-line相控阵定义一种晶片的激发时间可以单独调节，以控制声束轴线和焦2讨论提纲

相控阵能做什么？线形,扇形动态深度聚焦线形和扇形的结合讨论提纲相控阵能做什么？3

常见的探头阵列几何外形线形阵1维线形阵2维矩形阵圆形阵1维环形阵2维扇形阵常见的探头阵列几何外形线形阵圆形阵4pgeHA探头参数：频率(f)晶片数量

(n)晶片阵列方向孔径(A)晶片加工方向宽度

(H)单个晶片宽度

(e)两个晶片中心之间的间距

(p)相控阵探头设计参数pgeHA探头参数：相控阵探头设计参数5一个长方形晶片被切割成许多个小晶片，形成一维阵列探头，每个小晶片都可以单独激发。相控阵探头设计参数相控阵探头设计参数6相控阵基础相控阵基础7晶片数量：10孔径：10x10mm波束聚焦晶片数量：16

孔径：16x10mm晶片数量：32

孔径：32x10mm晶片数量：10波束聚焦晶片数量：16晶片数量：328d波束形成与晶片波束宽度的关系A

点A可以因为所有的波束都在晶片波束宽度内B点B的效果不好因为波束超出了晶片的波束宽度d波束形成与晶片波束宽度的关系A点A可以因为所有的波束都9波束的产生和聚焦用不同的延时激发晶片产生不同外形的波束这是一个纵波各个晶片延时相等波束的产生和聚焦用不同的延时激发晶片产生不同外形的波束10电子扫查探头不作任何机械移动，而波束沿晶片阵列方向作电子扫查。通过对激活晶片组进行多路延时，使波束产生移动。扫查宽度局限于:阵列中晶片的数量采集系统支持的通道数量激活晶片组电子扫查探头不作任何机械移动，而波束沿晶片阵列方向作电子扫查11波束偏转对横波而言,延时参数是“倾斜的”如图所示。波束偏转对横波而言,延时参数是“倾斜的”如图所示。12波束偏转和聚焦图中有阵列里的各个晶片;加在每个晶片上的延时;产生的波束在早期、中期和焦点处的形状。为了聚焦和倾斜,我们采用复合曲线和抛物线。波束偏转和聚焦图中有阵列里的各个晶片;加在每个晶片上的延时13相控阵波束形成原理相控阵波束形成原理14常规超声探头波束角度偏转(发射)根据惠更斯原理产生超声波束通过带角度楔块的延时使波束角度产生偏转CrystalWedgeMaterialExcitationpulseWavefrontDelayLocationABCABC常规超声波束形成常规超声探头波束角度偏转(发射)根据惠更斯原理产生超声波束通过带角度楔块的延时使波束角度产生偏转常规超声探头波束角度偏转(发射)CrystalWedgeM15常规超声探头波束角度偏转(接收)根据惠更斯原理在楔块中产生超声波束在超声波接收过程中带角度楔块提供延时使同相位信号在压电晶片上产生结构干涉。CrystalWedgeMaterialReceivedsignalDelayLocationABCABCS常规超声波束形成常规超声探头波束角度偏转(接收)CrystalWedgeM16相控阵探头波束偏转(发射)根据惠更斯原理在楔块中产生超声波束发射过程中通过软件施加精确延时产生带角度波束WavefrontTimeDelayElementFocallaw相控阵波束形成相控阵探头波束偏转(发射)WavefrontTimeD17相控阵波束形成(接收)接收过程中通过软件施加精确延时只有符合延时法则的信号保持同相位，并在合计后产生有效信号。

S相控阵波束形成相控阵波束形成(接收)S相控阵波束形成18相控阵信号处理概述

相控阵波束形成相控阵信号处理概述相控阵波束形成19电子扫查不依靠任何机械运动就将波束沿阵列的一个轴线移动的能力。这种移动是靠晶片的时间多路传输技术实现的。波束的移动取决于探头的几何外形可能出现以下几种情况：线形扫查扇形扫查横向扫查以上扫查的组合电子扫查不依靠任何机械运动就将波束沿阵列的一个轴线移动的能力20焊缝电子扫查焊缝电子扫查21相控阵焊缝串列扫查相控阵焊缝串列扫查22扇形(带方位角的)扫查扇形扫查–不改变位置而改变入射角–检测缺陷时很有用。扇形(带方位角的)扫查扇形扫查–不改变位置而改变入射角23扇形扫查扇形扫查可以不移动探头就检测整个待检工件检测表面复杂或空间有限的情况下大有用武之地一个相控阵探头结合了宽波束探头和多焦点探头的优势扇形扫查扇形扫查可以不移动探头就检测整个待检工件24扇形扫查图例扇形扫查图例25扇形扫查动画扇形扫查对“难以接近”的复杂型面十分适合如，涡轮叶的根部检测扇形扫查动画扇形扫查对“难以接近”的复杂型面十分适合如，涡轮26涡轮焊接转子检测相控阵检测:30-60度的横波做扇形扫查步进为1度沿圆周轴向做机械扫查相控阵探头:5MHz,16晶片,16mmx16mm固定在楔块上试块:EDM槽2mmx0.5mm涡轮焊接转子检测相控阵检测:27叶片根部的扇形扫查叶片根部的扇形扫查28扇形扫查和线形扫查结合将两种扫查结合起来可以得到独特的视图使用Tomoview软件使设置更简单扇形扫查和线形扫查结合将两种扫查结合起来可以得到独特的视图29电子/扇形扫查动画电子/扇形扫查动画30

动态深度聚焦示意图

动态深度聚焦（DDF）

在用一个脉冲检测薄件时十分有效。波束在返回时重新聚焦动态深度聚焦示意图动态深度聚焦（DDF）在用一个脉冲检31

动态深度聚焦

标准的相控阵动态深度聚焦DDF在扫查时不断为接收信号重新载入聚焦法则。

这一操作靠硬件完成,所以很快。现在用一个脉冲可以从0聚焦到100㎜深度的地方。动态深度聚焦标准的相控阵动态深度聚焦DDF在扫查时不断32动态深度聚焦动画