超声相控阵检测技术.ppt

相控阵系统的相位延迟相位延时是实现超声相控阵原理的基本环节,在相控发射中，需要精确控制相位延时，以实现动态聚焦、相位偏转、相位偏转、声束形成等各种相控效果；1理论分析显示，只有尽力提高相位延时的精度、分辨率和稳定性，才能显著地抑制旁瓣，提高声束的横向和纵向分辨力，改善成像清晰度。2相控阵相位延迟的方法模拟延迟方法：过去的医用B超中，模拟延迟线，如LC网络直接对模拟信号延迟，用电子开关分段切换获得不同的延迟量；缺点：1.体积庞大，结构复杂；不便实现动态聚焦和信号处理；电气参数难以确定；数字延迟方法另一部分是在粗延时的基础上基于可编程数字延迟线的细延时，细延时量为采样周期的小数倍，一般能达到10ns以内的延时分辨率相控发射数字高精度延时模块的设计分为两部分，一部分是基于复杂可编程逻辑器件(CPLD)的粗延时，粗延时一般基于晶振时钟计数，延时值为时钟周期的整数倍，通常为10ns以上。受硬件条件的限制，CPLD很难达到l0ns以内的延时分辨率，并且要达到高延迟分辨率，最大延迟会很小。相控阵相位延迟的方法FPGA01数字延迟线02FPGA在系统中的作用FPGAFPGA在系统中的作用FPGA精确延时控制验证方法用FPGA实现精度为2ns的延时控制，对于发射来说，调试与验证比较容易，只需要一个多通道500MHz的示波器就可以。从FPGA发射一个方波同步脉冲和一个方波激励脉冲，一级一级的往后测试，直至相控阵探头。通过示波器可以观察从FPGA到探头整个电路的系统延时以及激励脉冲相对于同步脉冲的延时间隔，该间隔由FPGA内部参数决定，并且可以修改。01接收延时控制是否准确的验证困难一些。因为接收的不是方波脉冲，而是探头单元固有频率的近似正弦超声信号。为了验证延时控制是否正确，需要在超声波接收电路之前加上一个不连续的，只有若干周期的正弦信号，一般的信号发生器没有这种功能。利用系统上的FPGA配合100MHzD／A比较容易产生这种特殊信号。02精确的延迟时间的计算相位偏转：其中，为相邻两个阵元之间的波程差;d为相邻两个阵元之间的距离;为声波偏转后与法线的夹角。精确的延迟时间的计算相位聚焦相控阵探头波束偏转(发射)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相控阵波束发射相控阵波束接收相控阵波束形成(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。相控阵的两个重要特点相控偏转示意图*DesignParametersof

Phased-ArrayProbes*Phased-ArrayWave-forming*Phased-ArrayWave-forming超声相控阵检测技术超声相控阵综述超声相控阵技术已有近2O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。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制。近年来，超声相控阵技术以其灵活的声束偏转及聚焦性能越来越引起人们的重视。由于压电复合材料、纳秒级脉冲信号控制、数据处理分析、软件技术和计算机模拟等多种高新技术在超声相控阵成像领域中的综合应用。使得超声相控阵检测技术得以快速发展，逐渐应用于工业无损检测。相控阵国外研究进展目前，在国外，以相控阵超声检测技术为代表的新型管道全自动超声检测仪已经进入实用阶段，代表了管道焊缝检测技术的发展方向。90年代末，加拿大R/DTECH公司首先将相控阵检测技术应用于管道探伤领域，开发了相控阵全自动超声检测系统。01相控阵超声检测系统是通过电子技术来实现声束的扫查方向和聚焦深度的控制，可以以同一个探头来实现不同壁厚、不同材质管道焊缝的检测任务，克服了常规多探头自动超声检测系统调整难度大和探头适应范围窄以及设备沉重的缺点。02相控阵国内研究进展2000年8月由中国石油天然气管道科学研究院等单位组成了研究开发实体，于2001年5月在中国石油天然气集团公司申请立项了“大口径环焊缝相控阵超声波无损检测设备研制”科技开发项目，并于2003年3月顺利通过了中国石油天然气集团公司的鉴定，该项目的研制成功填补了国内空白，达到了国外同类产品的水平。国内的相控阵仪器还没有商品化；相控阵国内应用相控阵技术目前在国内真正做到大量应用的尚只有西气东输工程，在航空系统和核工业系统等一些部门也有少量的应用；西气东输：2000年9月在青海湖畔的实验段中，引进的PipeWIZARD相控阵全自动超声检测系统。2001年，从西气东输一标段