相控阵技术的基础原理教学课件.ppt

1、1相控阵工作原理2相控阵定义相控阵定义F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。3F 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4 12345678910 11 12 13 14 15 16X=-7.9,Y=-8.0-X=7.9Y=8.01234567891011121314151617181920212223242526272829303132X=-3.9,Y=-1.9-X=3.9Y=1.9123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142

2、43444546474849505152535455565758596061X=-6.5,Y=-6.5-X=6.5Y=6.5线形阵线形阵1维维 线形阵线形阵2维维 矩形阵矩形阵 圆形阵圆形阵 1维维 环形阵环形阵 2维维 扇形阵扇形阵5pgeHA相控阵探头设计参数相控阵探头设计参数6F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78晶片数量：10 孔径：10 x 10mm波束聚焦波束聚焦晶片数量：16 孔径：16 x 10mm晶片数量：32 孔径：32 x 10mm9dA 点点A 可以因为所有的波可以因为所有的波束都在晶片

3、波束宽度内束都在晶片波束宽度内B点点B的效果不好因为波束的效果不好因为波束超出了晶片的波束宽度超出了晶片的波束宽度 d41.0sin10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11电子扫查电子扫查F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。F通过对激活晶片组进行多路延时，使波束产生移动。F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12对横波而言,延时参数是“倾斜的”如图所示。13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。14相控阵波束形成原理相控阵波束

4、形成原理15F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CrystalWedgeMaterialExcitation pulseWave frontDelayLocationABCABC常规超声波束形成常规超声波束形成F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16F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。CrystalWedgeMaterialReceived signalDela

5、yLocationABCABCS常规超声波束形成常规超声波束形成17F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Wave frontTimeDelayElementFocal law相控阵波束形成相控阵波束形成18F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19相控阵信号处理概述 相控阵波束形成相控阵波束形成20F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。F这种移动是靠晶片的时间多路传输技术实现的。F波束的移动取决于探头

6、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21焊缝电子扫查焊缝电子扫查22相控阵焊缝串列扫查相控阵焊缝串列扫查23扇形扫查扇形扫查 不改变位置而改变入射角不改变位置而改变入射角 检测缺陷时很有用。检测缺陷时很有用。2412.NF扇形扫查可以不移动探头就检测整个待检工件扇形扫查可以不移动探头就检测整个待检工件F检测表面复杂或空间有限的情况下大有用武之地检测表面复杂或空间有限的情况下大有用武之地F一个相控阵探头结合了宽波束探头和多焦点探头一个相控阵探头结合了宽波束探头和多焦点探头的优势的优势2526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27相控阵

7、检测相控阵检测:30-60度的横波做扇形扫查度的横波做扇形扫查步进为步进为1度度沿圆周轴向做机械扫查沿圆周轴向做机械扫查相控阵探头相控阵探头:5 MHz,16晶片晶片,16 mm x 16 mm固定在楔块上固定在楔块上试块试块:EDM槽槽2 mm x 0.5 mm2829F将两种扫查结合起来可以得到独特的视图F使用Tomoview 软件使设置更简单3031 Mechanical Displacementc=velocity in materialFOCUS DEPTH(PULSER)DYNAMIC FOCUSING(RECEIVER)Beam displacement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32 标准的相控阵标准的相控阵动态深度聚焦动态深度聚焦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。333435F检测复杂型面F检测速度快F检测灵活性更强F探头尺寸更小F检测难以接近的部位F由于以下因素可以节约系统成本:探头更少 机械部分少