焊接接头相控阵检测初探(4)

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超声波是由电压激励压电晶片探头在弹性介质（试件）,中产生的机械振动。工业应用大多要求使用0.5MHz～15MHz的超声频率。常规超声检测多用声束扩散的单晶探头，超声场以单一折射角沿声束轴线传播，其声束扩散可能是对检测方向性小裂纹唯一有利的“附加”角度。

传统的超声检测采用单晶片探头发散声束，在某些情况下也采用双晶片探头或单晶片聚焦探头来减小盲区和提高分辨率。但不管哪种情况，超声场在介质中均是按照一个单一的角度的轴线方向传播。单一角度的扫查限制了超声检测对于不同方向缺陷的检测能力，所以，大部分的标准都要求采用多个角度的声束扫查来提高检测的质量，可是对于复杂几何外形，大壁厚或探头的扫查范围受到限制的时候检测很难实现。为此，相控阵探头和聚焦声束便可满足上述检测要求。如图2.2.1[13]

（a）常规单晶片探头检测（b）采用相控阵探头检测

图2.2.1 常规超声技术和相控阵技术检测复杂工件的比较

探头是相控阵技术的核心器件，他由一系列换能元件（称为阵列单元，即阵元）组成。阵元排列的方式可以是线阵或两维（2D）阵列。所有阵元可以分别一一激活，见图。2.2.2。此外，还要有一台多通道超声波仪器，最好每个换能器阵元都有各自配有单独的脉冲发生器和放大器。三要有可编程的电子线路，以保证各换能器阵元能按相位激活。这样阵列探头，多通道仪器和编程线路三结合，就能对相控阵列产生的超声声场（波形，生压，焦深，角度，方向等）进行有效的控制了。[8]

图2.2.2 相控阵探头的两种基本形式

本课题相控阵检测主要使用B扫描显示，在声束作线扫查的入射平面内，B扫描显示或断面扫查显示就即刻出现在每个周期后。在扫查范围内接收到的所有回波，其回波幅度位置和大小显示与预设的彩码设定一致。来!自~751论-文|网www.751com.cn

超声相控阵换能器的设计基于惠更斯(Huyghens-Fresnel)原理。

相控阵换能器由多个相互独立的压电晶片组成阵列，以一维线性相控阵探头为例（如图2.2.3），每个晶片称为一个单元，按一定的规则和时序用电子系统控制激发各个单元，使阵列中各单元发射的超声波叠加形成一个新的波阵面（如图2.2.4）。同样，在反射波的接收过程中，按一定规则和时序控制接收单元的接收并进行信号合成，再将合成结果以适当形式显示