相控陣超聲掃描檢測興起的超聲檢測技術

    相控陣超聲掃描檢測是近年來興起的超聲檢測技術,是按照一定規律排布超聲陣列換能器,通過控制激發晶片的個數和激發時序,來控制超聲波聲束掃描聚焦的範圍和位置。


    相控陣超聲無損檢測技術因其快速靈活而高效的聲束掃查聚焦控制、較大的動態變化範圍以及清晰的實時成像,逐漸發展爲一種主流的工業無損檢測新興技術手段,在石油長途運輸管道及大型儲罐焊縫檢測中起到不可替代的作用。國內自主研制的超聲相控陣檢測系統在相關技術層面還有很大的發展空間。本論文設計了一個應用于大型石油儲罐焊縫檢測的多通道超聲相控陣自動檢測系統,並就其中幾項重點技術進行了仔細研究。

相控陣超聲無損檢測技術

    本文主要工作內容如下:


    1.對超聲相控陣檢測的原理進行了綜合描述,詳細討論了超聲相控陣動態掃描的聚焦法則和延時控制法則及其物理依據,作爲本課題的理論依據。


    2.設計了32通道超聲相控陣自動檢測系統的硬件方案,主要是針對16通道儀器硬件的缺陷,在此基礎上進行了重要模塊電路的改進和重新設計。包括對相控陣超聲脈沖發射電路、回波信號接收電路、超聲模擬前端集成電路、DDR存儲部分電路、兩片FPGA作爲主從控制器的接口電路等重要電路模塊的改進設計。


    3.設計了基于乒乓存儲的高速實時數據通訊系統設計方案,給出高速數據通訊系統的整體架構的同時,就USB2.0控制器基于SlaveFIFO模式的數據讀寫控制,DDR存儲芯片的讀寫操作控制時序以及使用IP核對DDR接口控制等方面進行了深入研究。並通過大量仿真和實驗驗證,證明了數據通訊系統的可行性。


    4.設計了使用DSPBuilder實現對超聲回波信號的濾波的方案,並通過仿真實驗驗證了對回波信號濾波的效果。本文設計的多通道相控陣檢測系統已投入應用于中石油大型儲罐焊縫檢測中,目前處在試驗階段。系統的穩定性、高效性和實時性基本滿足工業超聲無損檢測的各項指標


    相對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、簡化手工操作:同時運用檢查同一點,減小探頭移動所需的掃描面接觸區(最好接觸面);可調聚集距離和焦點方位,減小特色視點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刻,進步檢查速度和效率;增加檢查區域的掩蓋路。


    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件,要比慣例的單探頭機械系統快得多,從而在相同時刻裏能提供非常好的掩蓋。


    3、檢查效率高:因爲相控陣探頭在一個方位上就可以一次檢查一切的指定的被檢查部分,探頭可完成多視點掃查,一個探頭便可代替多個以往不相同視點、不相同焦點探頭,從而大大縮短了檢查時刻,相對節省了成本,因爲削減了掃查時刻,也減輕了檢查人員的勞動強度,並且進步了查驗精度和可靠性。


    4、習慣性強:超聲波相控陣的檢查設置可在幾分鍾內改動(軟件設定),因此能習慣許多構件的尺度和幾何形狀改變,可以適合于形狀雜亂的構件查驗,並且分辨率和靈敏度比傳統的超聲波檢查辦法高。超聲波相控陣檢查適用于動力工業、石化工業、航空和航天工業、船只、鐵軌、轎車等工業。如核電站和動力工廠主要零部件的查驗,如渦輪盤、渦輪葉片根部、核反應堆的管路、容器和轉子、法蘭盤等,管道查驗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、環形件和噴嘴、各種制件的構造完好評估。


    超聲波相控陣檢查技能的局限性:


    1、超聲波相控陣檢查對象、檢查規模以及檢查才能除了受其應用軟件的約束外,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、耦合質量、被檢材料冶金狀況、探測面挑選等技術要素的影響,依然需求有對較量塊來校准。


    3、儀器的調理進程比較雜亂,調理准確性對檢查成果影響大。


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