基于NI LabVIEW的超声波检测模拟系统设计研究(3)
图1.2.2脉波回冲法
如图1.2.2所示，当试件没有缺陷时，超声波可以顺利传播到底面，同波图中只有发生脉冲和底面回波两个信号。若试件中存在缺陷时，回波图中在底面回波前还有缺陷同波。如果缺陷很人，可能会有就只有缺陷回波的情况。 在脉冲回波A型超声检测的基础上加以改进，加上机械扫查装置或人上来移动探头，在显示回波时，根据同波幅度用灰度图像显示，就可以构成多种扫描成像方式。如B型扫描成像、C型扫描成像显示。B型成像显示的是与声束方向平行且与探头移动平面垂直的剖面，即试件内部缺陷的纵截面图；C型成像显示的是与声束扫奄平面及探头移动平面都垂直的剖面，即工件内部缺陷的横截面图。
超声相控阵技术需使用不同形状的多阵元换能器来满足构件检测的需求。图1.2.3为不同形状的超声相控阵换能器,按其阵元排列方式分为一文线形阵列、一文环形阵列、二文矩形阵列、二文分段交错环形阵列和圆形阵列四种形式。
图1.2.3相控阵探头阵头几何排列示意图
与面形和环形阵列相比,线形阵列具有容易加工,发射接收延迟控制电路较简单,容易实现等优点,因此在实际应用中使用较多。环形阵列由于不能进行声束偏转控制,大多应用在医学成像和脉冲多普勒体积流量计中。其中二文分段交错环形阵列比较特殊,专门用于棒材检测。由于目前加工工艺限制,及电路复杂和制作成本高,使二文矩形阵列仍主要应用于医用B 超上,工业上很少使用。圆形阵列主要用于检测管子的内外壁缺陷。
超声相控阵技术是通过控制各个独立阵元的延时，可生成不同指向性的超卢波波束，产生不同形式的声束效果，可以模拟各种斜聚焦探头的工作，并且可以电子扫描和动态聚焦，无需或少移动探头，检测速度快，探头放在一个位置就可以生成被检测物体的完整图像，实现了自动扫查，且可检测复杂形状的物体，克服了常规A型超声脉冲法的一些局限。 如图1.2.4以线性阵列探头为例来介绍相控阵平行线性扫描、扇形扫描以及动态聚焦的原理。图4(a)中，阵列换能器阵元的激励时序是从左到右，由若干个阵元组成一组发射卢束，通过控制的阵元的激励，使声束也沿着线阵的方向从左到右移动，进行平行线性扫描，类似医学上的实时扫描。图4(b)中，将阵列阵元逐个等间隔的加人延时发射，使合成的波阵面具有一个偏角的平面波，这就是相控阵偏转，改变延时间隔的大小，可以用于在一定范围的空间进行扇形扫描。图4(c)中，通过控制阵列阵元发射信号的相位延时，使两端的阵元先发射，中间的阵元延迟发射，并指向一个垂直方向移动的聚焦点，使聚焦点位置的声场最强。
图1.2.4超声相控阵扫描原理图
换能器发射的超声波遇到目标以后产生回波信号，其到达各阵元的时间存在差异。按照回波到达各阵元的时间茅对各阵元接收到的信号进行延时补偿，然后合成相加，根据信号处理的结果判断山回波声源的位置。
超声相控阵成像原理及特点，超声检测时需要对物体内某一区域进行成像,为此必须进行声束扫描。常用的快速扫描方式是机械扫描和电子扫描,两种方式均可获得图像显示,在超声相控阵成像技术中通常结合在一起使用。 超声相控阵成像技术是通过控制换能器阵列中各阵元的激励(或接收) 脉冲的时间延迟,改变由各阵元发射(或接收) 声波到达(或来自)物体内某点时的相位关系,实现聚焦点和声束方位的变化,完成声成像的技术。由于相控阵阵元的延迟时间可动态改变,所以使用超声相控阵探头探伤主要是利用它的声束角度可控和可动态聚焦两大特点。