科技視點(diǎn)：長輸管道全自動相控陣檢測系統(tǒng)得到推廣應(yīng)用（下）
相控陣的特點(diǎn)即相控陣技術(shù)是通過軟件中輸入波束參數(shù)，如角度、焦距、焦點(diǎn)尺寸等產(chǎn)生超聲波束。焦點(diǎn)規(guī)則指計算機(jī)運(yùn)算法則，定義參數(shù)分配給晶片組合，從而提供一個特殊的波束形狀。這些參數(shù)包括應(yīng)用電壓的振幅、激發(fā)序列和不同晶片激發(fā)的延遲時間。采用直線型陣列形式完成聲束的動態(tài)掃描和動態(tài)聚焦。換能器工作頻率的高低決定了換能器缺陷發(fā)現(xiàn)能力的高低，通常較高的工作頻率具有較高的缺陷發(fā)現(xiàn)能力，容易聚焦，但是傳輸衰減增大，檢測深度減小。而較低的工作頻率穿透能力較大，但是對較小缺陷的發(fā)現(xiàn)能力較差，聚焦能力差。所以根據(jù)研究，我們選擇換能器的工作頻率為５兆赫。換能器的阻尼影響深度分辨率的研究，所以我們采用了中阻尼特性的阻尼塊，以保證換能器既有深度方向的分辨率又能保證遠(yuǎn)場的檢測靈敏度。
脈沖發(fā)射接收部分的主要工作原理如下：根據(jù)西氣東輸工程管道環(huán)焊縫全自動超聲波檢測的規(guī)定，必須對所檢測的管道焊縫坡口形式和焊接填充次數(shù)沿壁厚方向分區(qū)，每個分區(qū)高度一般為２～３毫米。對于多探頭自動超聲檢測系統(tǒng)，每個分區(qū)需要用一對超聲探頭進(jìn)行覆蓋檢測。 相控陣系統(tǒng)則是按照一定的時序，通過對不同晶陣陣元的觸發(fā)控制實現(xiàn)多探頭多分區(qū)覆蓋掃查功能。當(dāng)所檢測的管道直徑和壁厚改變時，只需要調(diào)整相應(yīng)的晶陣陣元控制方式即可滿足檢測要求，而無需像多探頭系統(tǒng)需要更換探頭盤并人工調(diào)整探頭陣列。 發(fā)射控制電路用來觸發(fā)相控陣陣元的觸發(fā)信號包含位移參數(shù)、偏向角參數(shù)和聚焦參數(shù)３個部分。為了實現(xiàn)某個分區(qū)的掃查，需要確定出相應(yīng)的超聲波束的發(fā)射中心在管道表面的入射點(diǎn)，也就是確定發(fā)射陣元組的編號；為了實現(xiàn)某一個方向角度的超聲掃查，首先需要產(chǎn)生發(fā)射所需要的若干個等值時差為τ的觸發(fā)信號。然后在等值時差的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的掃查深度所決定的聚焦焦點(diǎn)位置，疊加一個聚焦延遲信號。經(jīng)過聚焦延遲的多路觸發(fā)信號分別送往相應(yīng)的激勵脈沖發(fā)生器，激勵各個陣元產(chǎn)生超聲波發(fā)射。 在發(fā)射的間歇時間，來自各個陣元的回波信號通過接收延時電路合成為一路送往接收放大電路，經(jīng)放大處理送入計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖像顯示。實際上接收延時電路也同樣包含接收聚焦延時和接收方向延時兩個延時量，通過給予回波信號相應(yīng)的時間補(bǔ)償，可以保證在接收放大電路的輸入端同相合成。
檢測工藝部分包括電控偏角特性、電控聚焦特性、ＴＯＦＤ方法、電控掃查方案、缺陷評判的研究等。 此外，由于超聲波束是具有一定尺寸的四棱錐體，其水平寬度和垂直寬度是不等的，研究波束的形狀對于缺陷尺寸修整、缺陷評判具有很大的實用價值。 該項目的研制成功，首先可以使相控陣超聲檢測技術(shù)國產(chǎn)化，其次可以使國內(nèi)的無損檢測技術(shù)有一個飛躍。今后要在小型化、智能化等方面多做工作。
脈沖發(fā)射接收部分的主要工作原理如下：根據(jù)西氣東輸工程管道環(huán)焊縫全自動超聲波檢測的規(guī)定，必須對所檢測的管道焊縫坡口形式和焊接填充次數(shù)沿壁厚方向分區(qū)，每個分區(qū)高度一般為２～３毫米。對于多探頭自動超聲檢測系統(tǒng)，每個分區(qū)需要用一對超聲探頭進(jìn)行覆蓋檢測。 相控陣系統(tǒng)則是按照一定的時序，通過對不同晶陣陣元的觸發(fā)控制實現(xiàn)多探頭多分區(qū)覆蓋掃查功能。當(dāng)所檢測的管道直徑和壁厚改變時，只需要調(diào)整相應(yīng)的晶陣陣元控制方式即可滿足檢測要求，而無需像多探頭系統(tǒng)需要更換探頭盤并人工調(diào)整探頭陣列。 發(fā)射控制電路用來觸發(fā)相控陣陣元的觸發(fā)信號包含位移參數(shù)、偏向角參數(shù)和聚焦參數(shù)３個部分。為了實現(xiàn)某個分區(qū)的掃查，需要確定出相應(yīng)的超聲波束的發(fā)射中心在管道表面的入射點(diǎn)，也就是確定發(fā)射陣元組的編號；為了實現(xiàn)某一個方向角度的超聲掃查，首先需要產(chǎn)生發(fā)射所需要的若干個等值時差為τ的觸發(fā)信號。然后在等值時差的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的掃查深度所決定的聚焦焦點(diǎn)位置，疊加一個聚焦延遲信號。經(jīng)過聚焦延遲的多路觸發(fā)信號分別送往相應(yīng)的激勵脈沖發(fā)生器，激勵各個陣元產(chǎn)生超聲波發(fā)射。 在發(fā)射的間歇時間，來自各個陣元的回波信號通過接收延時電路合成為一路送往接收放大電路，經(jīng)放大處理送入計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖像顯示。實際上接收延時電路也同樣包含接收聚焦延時和接收方向延時兩個延時量，通過給予回波信號相應(yīng)的時間補(bǔ)償，可以保證在接收放大電路的輸入端同相合成。
檢測工藝部分包括電控偏角特性、電控聚焦特性、ＴＯＦＤ方法、電控掃查方案、缺陷評判的研究等。 此外，由于超聲波束是具有一定尺寸的四棱錐體，其水平寬度和垂直寬度是不等的，研究波束的形狀對于缺陷尺寸修整、缺陷評判具有很大的實用價值。 該項目的研制成功，首先可以使相控陣超聲檢測技術(shù)國產(chǎn)化，其次可以使國內(nèi)的無損檢測技術(shù)有一個飛躍。今后要在小型化、智能化等方面多做工作。
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