超声相控阵检测仪的关键技术研究与应用

摘要

超声相控阵检测技术通过对阵列换能器中各阵元相位控制，获得灵活可控的合成波束。它具有动态聚焦、成像检测、对复杂形面的检测、高灵敏度、分辨率和信噪比等多项优点。在检测速度、缺陷定量分析、降低工人劳动强度等方面都有显著的优越性，近年来正成为国际无损检测界研究和应用的热点。
　　 论文首先介绍了超声相控阵检测技术的发展现状，阐述了超声相控阵各项关键技术的原理。通过对一维线性相控阵的超声声场进行研究，建立声学指向性模型，仿真研究了一维线性相控阵的各个参数对其指向性的影响。
　　 论文给出了超声相控阵数据采集系统的设计方案，重点设计了单通道的超声波数据采集系统，包括超声发射电路、调谐匹配电路、限幅隔离电路、程控放大电路、带通滤波电路、高速数据转换和存储电路。用所设计的超声换能器和发射控制电路检测不锈钢试块，其回波信号能准确反映试块的厚度信息，实测数据与理论数据相符。
　　 对于相控阵相位延时这一关键技术，本论文采用了一种新的超声相控阵发射精确延时的方法。采用FPGA，设计了16通道的超声相控阵发射延时系统。仿真结果表明，该系统延时分辨率达到10ns，满足超声相控阵检测方案的要求。
　　 最后，对南京锅炉压力容器检验研究院在特种设备无损检测中遇到的实际工程问题，以OminiScan超声相控阵仪器和JB4730标准为蓝本，探讨并建立了型焊接接头相控阵检测标准案例。