超声无损检测报告.ppt

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1、超声无损检测理论方法及硬件电路设计,报告人：宋 贺时 间：,Company Logo,目 录,1.超声无损检测相关理论,什么是超声波和超声无损检测,超声无损检测，就是通过超声波与试件相互作用，对探头 接收到的回波进行研究，从而对被测工件内部做出无损评 价。,超声波，是值频率在20000Hz以上的声波,1.超声无损检测相关理论,超声无损检测的基本原理,超声波在试件中的传播特性,声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入试件超声波在试件中传播遇到缺陷，传播方向或特征被改变改变后的超声波被接收设备接受，对其进行处理和分析根据接收的超声波的特征，评估试件内部是否存在缺陷 及缺陷的特性,1.超声无损检测

2、相关理论,如何发射与接收超声波,超声波换能器,超声波换能器，是一种声能与其他能量相互转换的器件在这里用到的是声/电转换，原理是压电效应高压脉冲信号激发产生超声波发射实现返回的超声波打在器件上激发产生电信号接受实现,2.脉冲反射法,工作原理,工件内部缺陷导致材质的不连续，进而导致声阻抗的不一致导致工缺陷处产生一个两侧声阻抗特性不同的接触面超声波传播到此处，一部分会被反射回去，另一部分继续向 前传播反射回来的超声波的能量大小与接触面两侧声阻抗差异及接 触面的大小、取向有关，即与缺陷的状况有关,2.脉冲反射法,工作原理图,3.TOFD,什么是TOFD？,衍射时差法(TOFD)是一种依靠从待检试件内部

3、结构（主要是指缺陷）的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法。,3.TOFD,TOFD的工作原理,与常规的超声技术不同，TOFD法不用脉冲回波幅度对缺陷大小做定量测定，而是靠脉冲传播时间来定量。,TOFD的常见配置,发射探头,接收探头,A扫信号,发射探头,接收探头,发射探头,接收探头,S,S,d,LW,BW,t0,t0,始脉冲,t,传播时间,传播时间,发射探头,接收探头,S,S,d,t0,t0,缺陷深度,发射探头,接收探头,S,S,d,t0,t0,缺陷自身高度,发射探头,接收探头,2S,d1,d2,由于计算自身高度只需要测量时间,所以垂直方向定量会很准确。,3.TOFD,两种常见的

4、特殊缺陷,向外表面延伸的缺陷向内表面延伸的缺陷,向外表面延伸的裂纹,发射探头,接收探头,没有横向波,向内表面延伸的裂纹,发射探头,接收探头,3.TOFD,TOFD方法的优点,缺陷检出率比脉冲反射法要高容易检出方向性不好的缺陷可以识别向内外表面延伸的缺陷采用TOFD和脉冲反射法相结合，可以实现100%焊缝覆盖。沿焊缝作一次扫查即可完成，检测效率高缺陷定量、定位精度高。,3.TOFD,TOFD的局限性,在上、下表面附近盲区对“噪声”敏感夸大了一些良性的缺陷和工件本身设计带有 的孔、洞等解释比较困难，需要一定经验支持,4.超声相控阵,什么是相控阵？,超声相控阵成像技术的基本思想来自于雷达所使 用的相

5、控阵技术。相控阵雷达是由多个辐射单元 按照一定图形排成阵列组成。控制系统通过改变 阵列天线中各单元的幅度和相位，在一定空间范 围内合成灵活快速的相控雷达波束。,4.超声相控阵,什么是相控阵？,而超声相控阵探头则由多个压电晶片代替雷达 的电磁发射单元组成阵列，按一定的时序和规 则用控制系统激发各个阵元，来调节声束聚焦 的方向和焦点的位置。,4.超声相控阵,4.超声相控阵,超声相控阵检测的优点,可以控制声束偏转和聚焦，波束指向灵活，可以检 测到传统方法无法检测的区域不需要设计复杂的扫查装置，也不需要频繁更换探 头，机构简单，操作方便较低驱动电压下也能得到声场强度较大的扫描信号提高系统的检测分辨力，

6、信噪比和灵敏度抗干扰能力增强,4.超声相控阵,超声相控阵发射聚焦和发射偏转技术,理论基础波的叠加和干涉,4.超声相控阵,超声相控阵发射聚焦和发射偏转技术,相控阵发射,发射相控偏转与聚焦,4.超声相控阵,超声相控阵发射聚焦和发射偏转技术,相控阵接收,接受声束相控技术,4.超声相控阵,扫查方式,聚焦法则,在发射相控控制中，通过给予阵列探头中的阵 元不同的时延，可以得到不同形式的波阵面。反之如果给定一种声束聚焦方式，则可以确定 各个阵元的时延，这种时延规则被称为聚焦法 则,4.超声相控阵,扫查方式,聚焦法则,由相控发射偏转与聚焦图可知：当聚焦法则满足线性关系时，合成声束发生偏转当聚焦法则满足抛物线关

7、系时，合成声束在正下方某一深度聚焦,4.超声相控阵,扫查方式,常用的三种相控阵扫查方式,线性扫查：将相邻的若干阵元视为一组，按 照一定的时间间隔对各组阵元施加相同的聚 焦法则。合成声束将以恒定角度和聚焦深度 沿阵元延伸的方向进行扫查。,4.超声相控阵,扫查方式,常用的三种相控阵扫查方式,扇形扫查：使用同一组阵元，采用不同的聚焦法则，以实现超声束在一个扇形区域内的扫描。,4.超声相控阵,扫查方式,常用的三种相控阵扫查方式,动态聚焦：采用同一组阵元，发射时使合成声束聚焦 在某一个焦点上；在超声接收时通过实时地改变聚焦 法则，使接收声束在声束轴线上的不同深度进行聚焦，聚焦点覆盖整个深度。,4.超声相控阵,超声相控阵发射聚焦延时计算,发射延时计算坐标系,P点的坐标为：,P点到F相对于阵列中心点的时延为,结果为负表示第i个阵元相对于阵列中心点提前发射，反之则延迟发射。,5.硬件电路设计,硬件电路结构,探头：产生超声波的器件发射前端：由FPGA控制产生高压脉冲信号，使探头发 出超声波接收前端：过载保护电路 低噪声放大器 可变放大器 ADCFPGA部分：系统控制和算法处理的核心部分ARM后处理：与FPGA双向通信、将探伤成像显示在LCD上、生成检测报告、与上位机实时数据通信等,