超声相控阵检测技术,无损检测相控阵技术

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;大功率超声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。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;核废料罐电子束环焊缝的全自动检测及薄铝板摩擦焊缝热疲劳裂纹的检测。由于数字电子和DSP技术的发展，使得精确延时越来越方便，因此近几年,超声相控阵技术发展的尤为迅速。

1.1 动作原理

超声相控阵是超声探头晶片的组合，由多个压电晶片按一定的规律分布排列，然后逐次按预先规定的延迟时间激发各个晶片，所有晶片发射的超声波形成一个整体波阵面，能有效地控制发射超声束（波阵面）的形状和方向，能实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦。它为确定不连续性的形状、大小和方向提供出比单个或多个探头系统更大的能力。

超声相控阵检测技术使用不同形状的多阵元换能器产生和接收超声波束，通过控制换能器阵列中各阵元发射(或接收)脉冲的不同延迟时间，改变声波到达(或来自)物体内某点时的相位关系，实现焦点和声束方向的变化，从而实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦。然后采用机械扫描和电子扫描相结合的方法来实现图像成像。

不同厂家超声相控阵设备的功能、操作及显示方式等各不相同，但是检测应用基本相同。本文现以以色列Sonotron NDT 公司生产的相控阵设备（即ISONIC-UPA） 应用为例来分析介绍。ISONIC-UPA 设备有其独特的技术特点和优势，不同于其他厂家的相控阵设备，体现了超前的理念。

有了角度增益补偿设置功能，可以取代传统的通过设置DAC曲线的方法来补偿增益变化。在ASME Case2557 标准中明确指出进行扇形扫描时要进行角度增益补偿。角度增益补偿曲线如图8所示，经过角度补偿后得到的等量化数据。

传统相控阵扇形扫查采用单纯的声程显示，不能显示缺陷的真实位置。这种成像模式将处在二次波位置上的缺陷转换成一次波位置进行成像显示，给分辨缺陷的具体位置增加难度，不能直观给出缺陷真实位置。对于检测角焊缝、T 形焊缝、K形焊缝及Y 形焊缝无法显示真实成像结果，使该成像模式的应用受到限制，仅能用于检测对接接头。