田京

摘要：現(xiàn)如今在工業(yè)生產(chǎn)缺陷檢測(cè)中，應(yīng)用最多的技術(shù)便是超聲波缺陷檢測(cè)技術(shù)。而以超聲檢測(cè)為基礎(chǔ)而發(fā)展起來的超聲相控陣技術(shù)，擁有明顯的優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)超聲檢測(cè)相比，超聲相控陣技術(shù)最主要的特點(diǎn)就是它能夠通過控制超聲波束的時(shí)間延遲使波數(shù)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而對(duì)所檢測(cè)的金屬材料進(jìn)行全方面，綜合的檢測(cè)掃描，大大的增強(qiáng)了檢測(cè)的靈敏度。而本文將著重介紹超聲波檢測(cè)相關(guān)的技術(shù)理論，全面闡述超聲檢測(cè)技術(shù)在無損檢測(cè)中的重要地位。

關(guān)鍵詞：金屬材料；超聲缺陷檢測(cè)；超聲相控陣

引言：

作為一門新興的綜合性的技術(shù)，無損檢測(cè)，就是在不損害材料的前提下，對(duì)材料進(jìn)行充分檢測(cè)驗(yàn)證，以此來對(duì)材料的完整性，安全性以及某些物理特性進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)的主要內(nèi)容包括檢測(cè)的材料在形狀，大小以及性質(zhì)等各方面是否存在缺陷?，F(xiàn)如今，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了機(jī)械的制造，冶金，石油化工，航天航空，等各行各業(yè)。而幾種常見的檢測(cè)手段包括渦流檢測(cè)，射線檢測(cè)以及超聲波檢測(cè)等。超聲波檢測(cè)是一門綜合性的檢測(cè)技術(shù)，它包括了傳感器技術(shù)，信號(hào)處理技術(shù)，圖像顯示技術(shù)以及模式識(shí)別技術(shù)等等。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)在都在大力研究這項(xiàng)技術(shù)，同時(shí)，它也是最多的應(yīng)用在無損檢測(cè)中的新技術(shù)。研究這項(xiàng)技術(shù)，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展具有重大的意義。

一、超聲波檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀

1.超聲波檢測(cè)技術(shù)可追溯到20世紀(jì)30年代。當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)科學(xué)家提出用超聲波研究金屬材料的內(nèi)部構(gòu)造。在二十世紀(jì)40年代中期，英國(guó)和美國(guó)分別研究出了脈沖反射式超聲波探傷儀，并且很快的將這種技術(shù)應(yīng)用到了鍛鋼的缺陷檢測(cè)中。進(jìn)入到20世紀(jì)50年代，這種技術(shù)又成功的進(jìn)入到了各大工業(yè)行業(yè)中。隨后，德國(guó)科學(xué)家又研制出靈敏度更加優(yōu)秀的超聲波探測(cè)儀，使得缺陷檢測(cè)技術(shù)得到了更進(jìn)一步的發(fā)展。20世紀(jì)80年代，相控陣技術(shù)陸續(xù)被應(yīng)該用在了無損檢測(cè)中。

除了國(guó)外，中國(guó)國(guó)內(nèi)的無損檢測(cè)技術(shù)同樣發(fā)展迅猛。我國(guó)接觸這項(xiàng)技術(shù)是在建國(guó)初期，我國(guó)的鐵道部引進(jìn)了德國(guó)的相關(guān)無損檢測(cè)技術(shù)來檢測(cè)鐵軌。1953年，我國(guó)成功研制出脈沖式超聲波檢測(cè)儀。隨著科技的不斷進(jìn)步，無損檢測(cè)技術(shù)也在不斷的發(fā)展，向著智能化，小型化的方式發(fā)展。

2.在進(jìn)行超聲波檢測(cè)時(shí)，由于材料的不均勻，精密度等，超聲波在進(jìn)入金屬材料內(nèi)部是，會(huì)發(fā)生散射，衰減現(xiàn)象，使得檢測(cè)結(jié)果變得不準(zhǔn)確。而超聲波信號(hào)處理技術(shù)可以提高超聲檢測(cè)的精確性，是超聲檢測(cè)中十分重要的技術(shù)。但是，這種技術(shù)并不完善，所以需要我們繼續(xù)進(jìn)行深入的研究，從而解決這種技術(shù)的難題。

二、超聲相控陣檢測(cè)基本原理和方法

超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)是一種新型的，高效精確的檢測(cè)技術(shù)。它通過使用陣列轉(zhuǎn)換器，然后利用其中的每個(gè)陣元來接收脈沖的時(shí)間延遲，通過改變相位關(guān)系，達(dá)到聚焦點(diǎn)和聲波束方向位置的變化，以此來控制相控波束的合成和成像。

超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)是利用提前合理設(shè)計(jì)的每個(gè)獨(dú)自發(fā)射以及時(shí)間延遲電路每一次激勵(lì)一個(gè)或者多個(gè)壓電陣元，以此來獲得可以控制的，人們預(yù)先期望得到的相位聲波。而其中各個(gè)壓電陣元在材料檢測(cè)的過程中，它們會(huì)使產(chǎn)生的聲場(chǎng)相互的干涉疊加，進(jìn)而可以得到我們預(yù)期想得到的波束的進(jìn)入角度以及位置。所以，通過這種新的技術(shù)方法，可以形成聲束的聚焦和偏轉(zhuǎn)等等相控效果。

利用超聲波相控陣檢測(cè)技術(shù)來發(fā)射電波，發(fā)射的電路中隨即會(huì)生出觸發(fā)脈沖信號(hào)，在脈沖信號(hào)的影響下，各個(gè)相控陣單元就會(huì)產(chǎn)生一定的高壓脈沖，這種高壓脈沖具有一定的寬度，同時(shí)，它也能夠編程控制。然后，在相控陣轉(zhuǎn)換器的作用下，這些高壓激勵(lì)脈沖通過每個(gè)壓電晶片來產(chǎn)生超聲波。

超聲相控陣有三種工作方式，第一種是線性掃查，這種方法又稱為電子掃查，它的工作方法是設(shè)全部的相控陣陣元為N，規(guī)定相鄰n和陣元為一個(gè)組，對(duì)每一個(gè)組用相同的聚焦法則，然后激活第一組陣元，沿著陣列長(zhǎng)度方向向前移動(dòng)一個(gè)步進(jìn)值。第二種方法為扇形掃查，它的工作原理是隨機(jī)選擇一組陣元，然后對(duì)其使用不同的聚焦法則，每一次都變化聲波束的偏轉(zhuǎn)的角度，形成一個(gè)扇形的檢測(cè)區(qū)域。第三種就是動(dòng)態(tài)聚焦，它指的是通過在聲軸的不相同的深度來實(shí)現(xiàn)聚焦，它主要適合的是比較薄的檢測(cè)材料。

三、超聲相控陣檢測(cè)成像技術(shù)研究

超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)被越來越多的應(yīng)用到了無損檢測(cè)領(lǐng)域中。他的工作原理是利用陣列轉(zhuǎn)換器，然后對(duì)各陣元發(fā)射的聲波相位進(jìn)行控制，從而得到控制超聲波聲場(chǎng)的目的，提高檢測(cè)信號(hào)的信噪比，準(zhǔn)確率等等。所以我們需要引入一個(gè)值來對(duì)比它的性能標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)值我們稱之為波束指向性。超聲波，在發(fā)射后由于在自由空間中疊加，干涉，于是產(chǎn)生了指向性。

通過研究發(fā)現(xiàn)如果改變壓電陣列中相鄰兩個(gè)陣源的相位差，那么我們就可以輕易地改變超聲波數(shù)的指向，最后，我們就能夠使得相控陣波束在空間內(nèi)掃描偏轉(zhuǎn)。

在規(guī)定檢測(cè)角度中，超聲信號(hào)實(shí)現(xiàn)波束的掃描時(shí)，能夠通過壓電振元收到的回波信號(hào)的值來實(shí)現(xiàn)檢測(cè)角度范圍。而當(dāng)波束掃描到了缺陷地時(shí)，波數(shù)就會(huì)集中的聚集到了缺陷處，此時(shí)回波信號(hào)的信號(hào)最強(qiáng)。同理可以得出，當(dāng)波束遠(yuǎn)離缺陷處時(shí)，此時(shí)回波信號(hào)的信號(hào)逐漸減弱。所以我們可以得出，根據(jù)回波信號(hào)的強(qiáng)弱，我們就可以判斷出缺陷位置。

根據(jù)相控陣波束掃描的原理，我們知道控制信號(hào)是有時(shí)間延遲的，而我們通過控制這種時(shí)間延遲，就能夠?qū)崿F(xiàn)它在一定范圍內(nèi)的掃描偏轉(zhuǎn)。在此過程中，如果波束掃描到了缺陷處，便會(huì)通過傳感器反映。

四、超聲相控陣檢測(cè)的展望

但是，不得不承認(rèn)的是，超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)并不完善，需要繼續(xù)的研究和分析，繼續(xù)深入研究超聲波相控陣檢測(cè)的基本原理和方法，研究具有不同形狀以及不同類型的材料的檢測(cè)方法。同時(shí)，要繼續(xù)研究這種技術(shù)中的材料缺陷的發(fā)現(xiàn)以及成像技術(shù)，以此來得到更大的掃描成果，準(zhǔn)確定位缺陷。

五、結(jié)束語

超聲波相控陣檢測(cè)技術(shù)是近幾年來產(chǎn)生的新技術(shù)，它通過對(duì)各鎮(zhèn)原的有力激勵(lì)，可以得到靈活的偏轉(zhuǎn)以及聚焦聲束，通過線性掃查，扇形掃查，動(dòng)態(tài)聚焦等高效新新工作方法，獲得了比傳統(tǒng)超聲檢測(cè)更加優(yōu)秀的檢測(cè)速度和靈敏度，成為了世界上最熱門的無損檢測(cè)技術(shù)。本文介紹了超聲波檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，研究了超聲波相控陣技術(shù)的工作原理和方法，總結(jié)了此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，相信這項(xiàng)技術(shù)會(huì)在未來得到更好的發(fā)展，更好的為無傷檢測(cè)技術(shù)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]段偉亮.鋁合金厚板電磁超聲缺陷檢測(cè)方法研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011.

[2]黃玉秋.相控陣超聲缺陷檢測(cè)信號(hào)處理研究[D].天津大學(xué)，2014.

[3]賀鵬飛.基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的鋁材缺陷超聲檢測(cè)方法研究[D].江蘇大學(xué)，2014.