科技视点：长输管道全自动相控阵检测系统得到推广应用（下）
发布时间：2007-06-22
来源：中国自动化网
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相控阵的特点即相控阵技术是通过软件中输入波束参数，如角度、焦距、焦点尺寸等产生超声波束。焦点规则指计算机运算法则，定义参数分配给晶片组合，从而提供一个特殊的波束形状。这些参数包括应用电压的振幅、激发序列和不同晶片激发的延迟时间。采用直线型阵列形式完成声束的动态扫描和动态聚焦。换能器工作频率的高低决定了换能器缺陷发现能力的高低，通常较高的工作频率具有较高的缺陷发现能力，容易聚焦，但是传输衰减增大，检测深度减小。而较低的工作频率穿透能力较大，但是对较小缺陷的发现能力较差，聚焦能力差。所以根据研究，我们选择换能器的工作频率为５兆赫。换能器的阻尼影响深度分辨率的研究，所以我们采用了中阻尼特性的阻尼块，以保证换能器既有深度方向的分辨率又能保证远场的检测灵敏度。
脉冲发射接收部分的主要工作原理如下：根据西气东输工程管道环焊缝全自动超声波检测的规定，必须对所检测的管道焊缝坡口形式和焊接填充次数沿壁厚方向分区，每个分区高度一般为２～３毫米。对于多探头自动超声检测系统，每个分区需要用一对超声探头进行覆盖检测。 相控阵系统则是按照一定的时序，通过对不同晶阵阵元的触发控制实现多探头多分区覆盖扫查功能。当所检测的管道直径和壁厚改变时，只需要调整相应的晶阵阵元控制方式即可满足检测要求，而无需像多探头系统需要更换探头盘并人工调整探头阵列。 发射控制电路用来触发相控阵阵元的触发信号包含位移参数、偏向角参数和聚焦参数３个部分。为了实现某个分区的扫查，需要确定出相应的超声波束的发射中心在管道表面的入射点，也就是确定发射阵元组的编号；为了实现某一个方向角度的超声扫查，首先需要产生发射所需要的若干个等值时差为τ的触发信号。然后在等值时差的基础上，根据不同的扫查深度所决定的聚焦焦点位置，叠加一个聚焦延迟信号。经过聚焦延迟的多路触发信号分别送往相应的激励脉冲发生器，激励各个阵元产生超声波发射。 在发射的间歇时间，来自各个阵元的回波信号通过接收延时电路合成为一路送往接收放大电路，经放大处理送入计算机进行数据处理和图像显示。实际上接收延时电路也同样包含接收聚焦延时和接收方向延时两个延时量，通过给予回波信号相应的时间补偿，可以保证在接收放大电路的输入端同相合成。
检测工艺部分包括电控偏角特性、电控聚焦特性、ＴＯＦＤ方法、电控扫查方案、缺陷评判的研究等。 此外，由于超声波束是具有一定尺寸的四棱锥体，其水平宽度和垂直宽度是不等的，研究波束的形状对于缺陷尺寸修整、缺陷评判具有很大的实用价值。 该项目的研制成功，首先可以使相控阵超声检测技术国产化，其次可以使国内的无损检测技术有一个飞跃。今后要在小型化、智能化等方面多做工作。
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