国产国语对白一区二区三区,五月婷婷五月天,国产精品亚洲色婷婷99久久精品,神马不卡一区二区三级,亚洲V日韩V无码一区二区
,爱豆传媒AV片,亚洲日韩欧洲无码AV夜夜摸,狠狠色噜噜狠狠色综合久
遠東無損檢測資訊網
標題: 2.Phased Array Probe Characteristics 相控陣探頭特性 [打印本頁]
作者: N-D-E 時間: 2015-1-6 20:49
標題: 2.Phased Array Probe Characteristics 相控陣探頭特性
Contemporary phased array probes for industrial NDT applications are
typically constructed around piezocomposite materials, which are made of
many tiny,thin rods of piezocomposite embedded in a polymer matrix. While
they can be more challenging to manufacture, composite probes typically
offer a 10dB to 30dB sensitivity advantage over piezoceramic probes of
otherwise similar design.
Segmented metal plating is used to divide the composite strip into a number of electrically separate elements that can be pulsed individually. This segmented element is then incorporated into a probe assembly that include a protective matching layer, a backing, cable connections and a housing(see Figure 2-17).
用于工業NDT的現代相控陣探頭一般由壓電復合材料構建，具體地說就是許多細小、極薄的壓電陶瓷棒被嵌在聚合物矩陣中。雖然制造這種探頭會復雜一些，但是與在其它方面設計相似的壓電陶瓷探頭相比，這種復合材料探頭在一般情況下可提供的靈敏度會高出10dB 到 30dB。
分成小段的金屬鍍層用于將條狀的復合材料分割成若干可單獨接收電子脈沖激勵的晶片個體。這個被分割成小段的晶片被裝入探頭組合件中。探頭組合件包含一個保護性匹配層、一個背襯層、線纜連接器以及一個外殼（參見圖2-17）。
作者: N-D-E 時間: 2015-1-6 20:50
圖2-17 相控陣探頭橫截面圖
作者: N-D-E 時間: 2015-1-6 20:51
只要平時有時間 就會摘抄一些和大家分享。
作者: N-D-E 時間: 2015-1-7 20:34
相控陣探頭根據以下基本參數從功能上被分成不同的類型：
類型：大多數相控陣探頭屬于角度聲束類型，與塑料楔塊、平直塑料靴（即零度楔塊）或延遲塊一起使用。此外，還有直接接觸式探頭和水浸式探頭。
頻率：超聲缺陷探測一般使用2MHz到10MHz之間的頻率，因此大多數相控陣探頭都屬于這個頻率范圍。此外，還有頻率更低或更高的探頭。使用常規探頭，穿透性會隨著頻率的降低而增加，而分辨率及聚焦銳利度會隨著頻率的升高而增強。
晶片數量：最常用的相控陣探頭一般有16到128個晶片，有些探頭的晶片多達256個。隨著晶片數量的增多，聲波聚焦與電子偏轉的能力會增強，同時檢測所覆蓋的區域也會擴大，然而探頭和儀器的成本費用也會增加。每個晶片被單獨脈沖激勵，以創建希望得到的波前。因此這些晶片排列方向的維度通常被稱為主動方向或偏轉方向。
晶片尺寸：隨著晶片寬度的減少，聲束電子偏轉的性能會增加，但是要覆蓋大區域就需要有更多的晶片，因此費用也會增加
相控陣探頭的維度參數一般被定義如下(見圖2-18)：
作者: N-D-E 時間: 2015-1-8 20:50
2.4 Phased Array Wedges相控陣楔塊
Phased array probe assemblies usually include a plastic wedge. Wedge are used in both shear wave and longitudinal wave applications, including straight beam linear scans. These wedges perform basically the same function in phased array systems as in conventional single element flaw detection, coupling sound energy from the probe to the test piece in such a way that it mode converts and/or refracts at a desired angle in accordance with snell’s law.
相控陣探頭的組合件通常包括一個塑料楔塊。楔塊用于利用橫波和縱波的檢測應用中，其中包括垂直聲波的線性掃查。這些用于與相控陣系統的楔塊與常規單晶片缺陷探測中使用的楔塊基本上具有相同的功能。用戶需要耦合從探頭到測試試樣之間的聲能，以根據斯涅爾定律在適當的角度位置使聲波進行模式轉化和/或折射。
Zero-degree wedges are basically flat plastic blocks that are used for coupling sound energy and for protecting the probe face from scratch or abrasion in straight linear scans and low-angle longitudinal wave angled scans(see Figure 2-20).
零度楔塊是一些平面塑料塊，在垂直線性掃查和小角度縱波掃查中，起到耦合聲能作用和保護探頭面不受刮擦或磨蝕（見圖2-20）。
作者: N-D-E 時間: 2015-1-8 20:52
圖2-20 零度楔塊
作者: N-D-E 時間: 2015-1-8 21:39
2.4 Phased Pulsing 相控陣脈沖
Whenever waves originating from two or more sources interact with each other, there are phasing effects leading to an increase or decrease in wave energy at the point of combination. When elastic waves of the same frequncy meet in such a way that their displacements are precisely synchronized(in phase, or zero-degree phase angle), the wave energies add together to create a large amplitude wave(see Figure 2-21a).
如果來自兩個或兩個以上聲源的聲波交織在一起，就會在聲波相交處產生聲能增強或削弱的相位效果。相同頻率的彈性波相交時，如果他們的位移完全相同（即相位重合，或相位角為零度），則它們的聲能會累加在一起，創建一個波幅更大的聲波（見圖2-21a）。
If they meet in such a way that their displacements are exactly opposite(180 degree out of phase),then the wave energies cancel each other(see Figure 2-21c).At phase angles between 0 degree and 180 degree, there is a range of intermediate stages between full addition and full cancellation(see 2-21b).
如果他們的相位正好相反（相位完全不重合，或相位角為180度），則他們的聲能會互相抵消（見圖2-21c）。如果他們的相位角處于0度到180度之間，則聲能的變化處于完全累加與完全抵消的中間狀態（見圖2-21b）。
By varying the timing of the waves from a large number of sources,it’s possible to use these effects to both steer and focus the resulting combined wavefront. This is an essential principle behind phased array testing.
通過使每個聲波從它們各自聲源發出的時間各不相同，可以利用上述的相位效果，對所產生的組合波前進行偏轉和聚焦。這就是相控陣檢測的基本原理。
作者: N-D-E 時間: 2015-1-9 18:06
如果使用常規探頭，這種建設性和抵消性干涉效果會創建近場和遠場區域，以及這些區域中逐漸變化的聲壓。此外，常規角度聲束探頭使用單個晶片向楔塊中發射一束聲波。根據楔塊的形狀，這束聲波波前上的各個點會有不同的時間延遲。這些延遲屬于機械延遲，而相控陣檢測中所用的延遲為電子延遲。根據惠更斯原理，當波前觸到底面時，會表現為一系列點源。根據斯涅爾定律，從這些點發出的理論上的球面波會互相作用，形成一個帶有一定角度的單一聲波。
在相控陣檢測中，通過控制相位，產生可預見性的聲能增強效果和抵消效果，可形成和偏轉超聲波束。以不同時間延遲觸發單個晶片或晶片組會生成一系列的點源聲波，而這些聲波會匯集成以所選角度傳播的單一波前（見圖2-22）。以電子方式得到的延遲與借助常規楔塊得到的機械延遲相似，不同的是，在相控陣檢測中還可以通過改變延遲的方式進一步控制聲束的偏轉。通過積極干涉，這種組合波的波幅會比形成組合波的每個單個波的波幅高出很多。同理，不同的延遲被應用于陣列的每個晶片所接收的回波。這些回波累加在一起，得到一個具有單一角度/或單一聚焦值得統一聲束。除了可以改變主要波前的方向，這種將多個單聲束組合在一起的方式還可以使聲束在近場內的任何一點聚焦。
In conventional transducer, constructive and destructive interference effects create the near-field and far field zones and the various pressure gradients therein. Additionally, a conventional angle beam transducer uses a single element to launch a wave in a wedge. Points on this wavefront experience different delay intervals due to the shape of the wedge. These are mechanical delays, as opposed to the electronic delays employed in phased array testing. When the wavefront hits the bottom surface it can be visualized through Huygens’ principle as a series of point sources. The theoretically spherical waves from each of these points interact to form a single wave at an angle determined by Sell’s law.
In phased array testing, the predictable reinforcement and cancellation effects caused by phasing are used to shape and steer the ultrasonic beam. Pulsing individual elements or groups of elements with different delays creates a series of point source waves that combine into a single wavefront that travels at a selected angle (see Figure 2-22).This electronic effect is similar to the mechanical delay generated by a conventional wedge, but it can be further steered by changing the pattern of delays. Through constructive interference, the amplitude of this combined wave can be considerably greater than the amplitude of any one of the individual waves that produce it. Similarly, variable delays are applied to the echoes received by each element of the array. The echoes are summed to represent a single angular and/or focal component of the total beam. In addition to altering the direction of the primary wavefront, this combination of individual beam components allows beam focusing at any point in the near field.
作者: N-D-E 時間: 2015-1-10 11:23
通常將晶片分組進行脈沖發射，每組包括4到32個數量不等的晶片。通過增加孔徑的方法，可以減少不希望發生的聲束擴散，完成更清晰的聚焦，從而有效地提高靈敏度。
回波被不同的晶片或晶片組接收，并在必要時進行時間偏移計算，以補償這些變化著的楔塊延遲，然后再進行匯總。與常規單晶探頭實際上將觸及被測區域的所有聲束的效果融合在一起不同的是，相控陣探頭可以根據回波到達每個晶片的時間和波幅，在空間上對返回的波前進行分揀。儀器軟件對聲束進行處理時，會將每個返回的聚焦法則認作是以某個具體角度、從線性聲程的某個點、和/或從某個具體的聚焦深度反射回來的聲束。然后，回波信息可以幾種形式的任何一種顯示出來。
被稱為聚焦法則計算器的軟件根據探頭和楔塊的特性以及被測材料的幾何形狀和聲學屬性，確定向每組晶片發射脈沖的特定延遲時間，以通過聲波的互相作用生成想要的聲束形狀。
Elements are usually pulsed in groups of 4 to 32 in order to improve effective sensitivity by increasing aperture, which reduces unwanted beam spreading and enables sharper focusing.
The returning echoes are received by various elements or groups of elements and time-shifted as necessary to compensate for varying wedge delays and then summed. Unlike a conventional single element transducer, which effectively merges the effect of all beam components that strike its area, a phased array probe can spatially sort the returning wavefront according to the arrive time and amplitude at each element.When processed by instrument sofeware,each returned focal law represents the reflection from a particular angular component of the beam, a particular point along a linear path, and/or a reflection from a particular focal depth. The echo information can then be displayed in any of several standard format.
Software known as a focal law calculator establishs specific delay times for firing each group of elements in order to generate the desired beam shape through wave interaction,taking into account probe and wedge characteristics as well as the geometry and acoustical properties of the test material.
The beam can be dynamically steered through various angles,focal distances, and focal spot sizes in such a way that a single probe assembly is capable of examining the test material across a range of different perspectives.
聲束可以不同的角度、不同的焦距以及不同的焦點大小被動態偏轉，這樣做所要達到的目標是單個探頭組合件可以通過一系列不同視角檢測到整個被測材料。
作者: N-D-E 時間: 2015-1-10 17:41
任何超聲檢測系統的響應都取決于對以下因素的綜合考慮：所用的探頭、所用的儀器類型及其設置、被測材料的聲學特性。相控陣探頭所做的響應與任何其它NDT超聲探頭所做出的相應一樣，即與探頭設計參數（如頻率、大小、機械阻尼）相關，也與用于驅動探頭的激勵脈沖的參數相關。
有四個重要的探頭參數會相互作用，對探頭的性能產生影響。
頻率：如前面章節中所述，檢測頻率對近場長度和聲束擴展有極大的影響。實際上，與低頻率相比，高頻率會產生更好的信噪比，因為高頻率可以提供銳利度更高的聚焦，從而得到更集中、更優化的焦點。同時，當頻率提高時，聲波在任何檢測材料中的穿透能力都會降低，因為材料的衰減性會隨著頻率的增高而增強。 在檢測應用中如果聲程很長，或測試材料具有極高的衰減性或散射性，就需要使用較低的頻率。一般來說，我們所提供的工業相控陣探頭的頻率在1 MHz 到 15 MHz 之間。
晶片大小：隨著陣列中單個晶片尺寸的減小，聲束電子偏轉能力會得到增強。商業探頭的實際最小晶片尺寸一般接近0.2mm。然而，如果晶片尺寸大于二分之一波長，則會產生不希望出現的較強的旁瓣。
晶片數量：隨著陣列中單個晶片數量的增加，探頭所能覆蓋的物理范圍、靈敏度、聚焦能力以及電子偏轉能力也相應增加。然而，使用較大的陣列經常會伴隨出現系統的復雜性及費用較高等問題。
晶片間距和孔徑：晶片間距是指兩個相鄰單個晶片之間的距離；孔徑是指得到脈沖激勵的一組單個晶片的總和尺寸（虛擬孔徑）。要優化電子偏轉的范圍，需要較小的晶片間距。要得到最佳靈敏度、最小的聲束擴散、較強的聚焦，則需要較大的孔徑。當今的相控陣儀器通常支持孔徑最多為16個晶片的聚焦法則。更為高級的系統最多會支持含有32個晶片或者64個晶片的孔徑。
作者: liu429 時間: 2015-1-10 20:04
樓主辛苦了！
作者: N-D-E 時間: 2015-1-10 21:01
如前面幾頁所述，相控陣檢測的核心內容是通過改變單個晶片或晶片組的脈沖激勵延遲時間，以電子方式控制超聲聲束偏轉的方向（折射角度）和聚焦情況。利用聲束的這種電子偏轉特點，使用單個探頭在不改變探頭位置的情況下，就可進行多角度檢測和/或多點檢測（見圖2-23）
作者: N-D-E 時間: 2015-1-10 21:03
如前面的解釋，超聲聲束的特性取決于很多因素。相控陣探頭的性能除了受晶片尺寸、頻率、阻尼的影響（這點與常規單晶探頭的性能相同）外，如何對較小單個晶片進行定位、定量、編組也會影響到探頭的性能，從而創建出與常規探頭效果相同的有效孔徑。
在相控陣探頭中，若干晶片被編成一組，形成有效孔徑，這種孔徑在聲束傳播中的作用與各種常規探頭類型極為相似（見圖2-24）。
As previously explained, ultrasonic beam characteristics are defied by many factors. In addition to element dimension, frequency, and damping that govern conventional single element performance, phased array probe behavior is affected by how smaller individual elements are positioned, sized, and grouped to create an effective aperture equivalent to its conventional counterpart.
For phased array probes N elements are grouped together to form the effective aperture for which beam spread can be approximated by conventional transducer models(see Figure 2-24).
作者: N-D-E 時間: 2015-1-10 21:28
對于相控陣探頭來說，某種特定情況下的最大電子偏轉角度（在-6dB處）可以從聲束擴散等式導出。不難發現，小晶片會產生更多的聲束擴散現象，因此會產生更高的角度聲能，這些聲能被匯合在一起，可使聲束的電子偏轉達到最佳狀態。隨著晶片尺寸的減小，需要對更多晶片進行脈沖激勵，從而保持靈敏度。見圖2-25.
For phased array probes, the maximum steering angle(at -6dB) in a given case is derived from the beam spread equation. It can be easily seen that small elements have more beam spreading and hence higher angular energy content, which can be combined to maximize steering. As element size decreases, more elements must be pulsed together to maintain sensitivity. See Figure 2-25 for details.
作者: N-D-E 時間: 2015-1-11 10:32
請大家注意，在制造相控陣探頭時一般將最小單個晶片的寬度限制在0.2mm,這樣含有16個寬度為0.2mm晶片的激活孔徑的長度就為3.2mm。要創建6.4mm長的孔徑則需要32個晶片。這些孔徑較長的探頭毫無疑問會增加電子偏轉的性能，而小孔徑則會限制靜態覆蓋區域、靈敏度、穿透能力及聚焦能力。
用角度楔塊來改變聲束的入射角度，可以增加聲束偏轉的范圍，從而不過多依賴電子偏轉。
根據聲束擴散的角度，可以算出到探頭任何距離的聲束直徑。在使用正方形或長方形相控陣探頭的情況下，聲束在被動面上的擴散與未聚焦的探頭相似。在電子偏轉面（或稱主動面）上，聲束可被電子聚焦，其聲能在適當的深度被匯聚在一起。聚焦探頭的波束形狀一般為椎體（在單軸聚焦的情況下為楔形），聲束被匯集成焦點后，再從焦點處以相同的角度擴散，如下面所述：
作者: N-D-E 時間: 2015-1-11 11:46
2.7 Beam Focusing with Phased Array Probes 相控陣探頭的聲束聚焦
Sound beams can be focused like light rays, creating an hourglass-shaped beam that tapers to a minimum diameter at a focal point and then expands once past that focal point(See figure 2-26).
聲束可以像光線一樣聚焦，生成一個如沙漏形狀的聲束，這條成錐形的聲束在聚焦點處直徑達到最小，然后從這個焦點處再次擴散向更遠處傳播（見圖2-26）。
作者: N-D-E 時間: 2015-1-11 11:49
通過改變脈沖延遲可以改變相控陣列所發出的聲束的聚焦深度。特定材料內的近場長度決定聲束可被聚焦的最大深度。聲束不能在超過被測材料內近場邊緣以外的區域聚焦。
聚焦探頭的有效靈敏度受缺陷位置處的聲束直徑的影響。聲束直徑越小，小缺陷所反射的能量就會越大。此外，焦點處的小直徑聲束可以改進橫向分辨率。聚焦探頭在焦點處-6dB聲束直徑或寬度的計算如下：
-6dB聲束直徑或寬度=1.02Fc/fD (其中，F=被測介質的聚焦長度， c=被測介質的聲束 ，D=晶片直徑或孔徑)
對于矩形晶片，需要將主動方向和被動方向分開計算。
從這些公式可以看出，隨著晶片尺寸和/或頻率的增加，聲束散播的角度會降低。由于較小的聲束散播角度會使聲能消散的更慢一些，因此在遠場區內會產生有效的靈敏度。在近場區域內，探頭可被聚焦創建一條將聲能匯聚在一起而不是使聲能發散的聲束。在將聲束直徑或寬度減少到焦點的過程中，在聚焦區域內聲束每前進一步聲能就會增加一點，從而可提高探測小反射體的靈敏度。常規探頭通常會使用聲學折射透鏡達到這個目的，而相控陣探頭則通過電子方式實現這個目的，即以相控脈沖激勵的方式獲得想要的聲束形狀。
最常用的帶有長方形晶片的線性相控陣探頭所發出的聲束會在電子偏轉主動方向上聚焦，而在被動方向上不會聚焦。增加孔徑尺寸會增加聚焦聲束的銳利度，如這些聲束形狀所示（見圖2-27）。紅色為聲壓最高的區域，藍色為聲壓較低的區域。
作者: N-D-E 時間: 2015-1-11 19:03
本帖最后由 N-D-E 于 2015-1-11 19:04 編輯
2.7 Grating Lobes and Side Lobes 柵瓣和旁瓣
使用相控陣探頭會產生的另一個現象是會生成不希望出現的柵瓣和旁瓣。出現柵瓣和旁瓣這兩個緊密相關的現象是由于探頭發出的部分聲能以不同于主聲程的角度傳播造成的。旁瓣現象不僅限于相控陣系統，在使用常規探頭時，隨著晶片大小的增加也會出現旁瓣現象。柵瓣現象只會由相控陣探頭產生，因為相控陣探頭上距離恒定的單個小晶片會生成單獨的聲波，這些聲波會導致出現柵瓣。這些不希望出現的聲波會從被測工件的表面反射，并會使圖像中出現虛假缺陷指示。晶片間距、晶片數量、頻率和帶寬都會對柵瓣的波幅有很大的影響。
圖2-28比較了兩種聲束形狀：在探頭孔徑近似的情況下，左圖中的聲束由間距為0.4mm的6個晶片生成，右圖中的聲束由間距為1mm的3個晶片生成。左側圖中的聲束形狀有些像錐形，右側圖中的聲束在其中心軸兩側約30度方向生出兩個多余的波瓣。
只要陣列中的單個晶片的尺寸等于或大于波長，就會產生柵瓣（晶片尺寸在半個波長和一個波長之間時，是否產生柵瓣取決于電子偏轉角度）。因此在具體的應用中使柵瓣最小化的最簡單的方法是使用小晶片間距的探頭。使用特別設計的探頭，如：將大晶片分割成較小的晶片，或改變晶片間距，也可以減少不必要的波瓣。
作者: N-D-E 時間: 2015-1-12 11:07
2.8 Phased array Probe Selection Summary選擇相控陣探頭的總結
設計相控陣探頭時，往往要權衡適當的晶片間距、晶片寬度及孔徑等因素。使用大量的小晶片可以增加電子偏轉能力，減少旁瓣并增強聚焦，但是會有制造費用高、儀器較為復雜等局限性。很多標準儀器都支持最多含16個晶片的孔徑。增加晶片之間的距離似乎是增大孔徑大小的較為容易的方法，但是又會產生不想要的柵瓣。
需要注意的是相控陣探頭的銷售人員經常會向用戶提供標準的探頭，這些探頭的設計通常都考慮到上面提到的因素，可以根據預期使用目的發揮最佳性能。實際的探頭選擇最終會由具體的應用需要決定。在某些應用中，會要求在小的金屬聲程上進行多角度的電子偏轉，因此就不需要大孔徑的探頭。在另一些應用中，可能會需要覆蓋較大的區域以探測出分層缺陷，因此要求使用大孔徑探頭，并且將晶片分成多組進行線性掃查，這樣就根本不需要電子偏轉。一般來說，用戶可以根據自己掌握的常規UT知識，在考慮了頻率和孔徑因素后，選擇最適宜自己應用的探頭進行檢測。
作者: zzlover1209 時間: 2015-1-15 15:44
從這些公式可以看出，隨著晶片尺寸和/或頻率的增加，聲束散播的角度會降低。由于較小的聲束散播角度會使聲能消散的更慢一些，因此在遠場區內會產生有效的靈敏度。
這句話不太明白，較小的聲束擴散角會使能量集中，那么應該在焦點附近能量最強，為什么說元場內會產生有效的靈敏度？什么叫有效的靈敏度。
作者: 糟老頭子 時間: 2015-1-15 20:48
遠場的聲束擴散角小了，當然靈敏度高，這和常規UT是一樣的。
作者: zzlover1209 時間: 2015-1-15 22:03
擴散角的大小難道近場遠場不同，我記得半擴散角公式沒有區分遠近場
作者: 糟老頭子 時間: 2015-1-16 00:35
聲束擴散只發生在遠場區
作者: zzlover1209 時間: 2015-1-16 08:43
也就是說在近場區是聲束逐漸聚焦的過程，在焦點處能量最強，過了焦點能量會逐漸發散？還是說擴散角從近場區的N0位置開始有擴散角？另外還有個問題向您請教，相控陣在遠場區是不是不能聚焦，那么如果我們檢測厚壁焊縫時候，聚焦的真實深度不能達到焊縫的底面，這樣會不會對檢測結果有影響，特別是二次波檢測的時候聚焦深度基本上都超過了近場區
作者: 糟老頭子 時間: 2015-1-16 09:12
zzlover1209 發表于 2015-1-16 08:43
也就是說在近場區是聲束逐漸聚焦的過程，在焦點處能量最強，過了焦點能量會逐漸發散？還是說擴散角從近場 ...
如果我沒記錯，聲束擴散好像是從1.64倍的近場區開始的。相控陣的聚焦范圍最大為近場區，如果你不是關心某一特定厚度，建議把焦點設置大點，例如500mm。
作者: zzlover1209 時間: 2015-1-16 13:22
糟老頭子 發表于 2015-1-16 09:12
如果我沒記錯，聲束擴散好像是從1.64倍的近場區開始的。相控陣的聚焦范圍最大為近場區，如果你不是關心某 ...
謝謝您的耐心解答，我回去確認下聲束擴散的起始
作者: N-D-E 時間: 2015-1-18 20:41
閱讀這本教材的過程中，雖然是第三次閱讀，但還是有一些地方不甚理解，謝謝大家的提問和討論。
作者: 恒星的恒心 時間: 2017-5-4 16:26
這書的名字能告訴我嗎，我也好好學習
| 歡迎光臨 遠東無損檢測資訊網 (http://www.jinlidl.com/) |
Powered by Discuz! X3.5 |