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相控陣超聲波檢測技術(shù)的變革與進(jìn)步

隨著技術(shù)的進(jìn)步,勢必將影響到所有的無損檢測方法。下面我們就舉個例子,重點(diǎn)討論這些變革和進(jìn)步是如何正在改變相控陣超聲波無損檢測技術(shù)的。

相控陣超聲波檢測技術(shù)
  超聲波檢測技術(shù)通??梢酝ㄟ^六個操作步驟來概述:
  ● 信號生成
  ● 數(shù)據(jù)采集
  ● 信號處理
  ● 數(shù)據(jù)可視化
  ● 結(jié)果解釋
  ● 報告
  可以近乎實時執(zhí)行的操作越多,檢驗成本效益越高。上面討論的處理能力、更高的數(shù)據(jù)傳輸速率以及電子元件小型化的進(jìn)步,都直接或間接地影響到所有的這些步驟。
  例如,使用超快速USB 3技術(shù)的相控陣儀器現(xiàn)在可以實現(xiàn)大于每秒160 MB的數(shù)據(jù)傳輸速率??焖賯鬏斅蚀蟠蟾纳屏嗽诰€和現(xiàn)場應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)和報告管理。
  相控陣控制器的小型化特別有利于在野外使用。與此同時,更高的處理能力以及高數(shù)據(jù)傳輸速率使這些儀器能夠?qū)崿F(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集和實時數(shù)據(jù)處理,從而大大提高了現(xiàn)場應(yīng)用的檢測能力。

  陣列探測器和當(dāng)前的超聲波儀器已經(jīng)允許用戶以接近生產(chǎn)速率的速度獲取大量的檢測數(shù)據(jù)。但是還必須對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理來創(chuàng)建圖像,并且必須對這些圖像進(jìn)行分析,以提取確保質(zhì)量所需的信息并提供過程反饋。
  目前的相控陣系統(tǒng)能夠產(chǎn)生由探頭測量的反射信號的振幅和/或飛行時間的2D彩色圖。一般由操作人員對結(jié)果圖像進(jìn)行觀察,如果發(fā)現(xiàn)異常則通常會脫機(jī)分析該異常情況的屬性。對于自動檢測,則一般需要重新加載零件或采取更好的做法,暫停檢查過程并返回到異常區(qū)域再仔細(xì)觀察。
  改善數(shù)據(jù)和圖像質(zhì)量可以幫助人們減少花費(fèi)在結(jié)果解釋上的時間,將來人們或許會實現(xiàn)結(jié)果自動化解釋和報告管理。
  增強(qiáng)信號和數(shù)據(jù)處理能力也為極大地改進(jìn)分析結(jié)果和數(shù)據(jù)可視化提供了有效途徑。波傳播的數(shù)學(xué)和物理學(xué)原理目前已經(jīng)得到了很好的理解,并且已作為理論基礎(chǔ)用于信號處理、增強(qiáng)圖像質(zhì)量,并進(jìn)一步改善對異常情況的檢測和表征。這些技術(shù)大部分都是計算密集型的,而且現(xiàn)在才開始出現(xiàn)在實時檢測系統(tǒng)中。

  一套完整的AOS相控陣系統(tǒng)


  計算機(jī)處理能力的提高也同樣使其他各應(yīng)用領(lǐng)域受益,例如地球物理和醫(yī)學(xué)成像等。以醫(yī)學(xué)成像技術(shù)為例,今后有望在聲阻抗變化較小的情況下進(jìn)一步提高成像功能。


相控陣超聲波檢測技術(shù)

  使用不同的信號處理技術(shù)所獲取的圖像比較


增強(qiáng)處理能力后的相控陣技術(shù)實例
  相控陣超聲波檢測技術(shù)的***新進(jìn)展包括全新的信號處理和數(shù)據(jù)采集技術(shù)(包括全聚焦方法和表面自適應(yīng)采集等)的出現(xiàn)。這些改進(jìn)都是通過增強(qiáng)處理能力來實現(xiàn)的,這也使得該技術(shù)能夠進(jìn)行實時檢測。
  前面提到的全聚焦方法當(dāng)前是利用全矩陣捕獲(FMC)數(shù)據(jù)采集模式。FMC是一種數(shù)據(jù)采集技術(shù),其中每個單獨(dú)的探頭元件會連續(xù)觸發(fā),而所有元件都接收返回的信號。對于線性探頭,獲取的結(jié)果是一個n×n的信號數(shù)據(jù)矩陣。然后利用信號處理對信號進(jìn)行時間平移,以獲得在整個2D橫截面圖像和體積維度上******聚焦的高分辨率圖像。


相控陣超聲波檢測技術(shù)

  采用全矩陣捕獲(FMC)數(shù)據(jù)采集技術(shù),每個單獨(dú)的探頭元件會被連續(xù)觸發(fā),而所有元件都將接收返回的信號
相控陣超聲波檢測技術(shù)

對于具有n個元件的線性探頭,F(xiàn)MC數(shù)據(jù)采集所獲取的結(jié)果是一個n×n的信號數(shù)據(jù)矩陣

  表面自適應(yīng)采集方法是一種為解決具有復(fù)雜幾何形狀的零部件檢測而開發(fā)的技術(shù)。在這種情況下,待檢測部件表面的幾何形狀會被作為檢測的一部分進(jìn)行實時測量。使用FMC采集,采用先進(jìn)的全聚焦方法是需要額外考慮到表面形狀的。該方法不僅大大提高了復(fù)雜形狀的圖像分辨率,而且還解決了零部件與探頭未對準(zhǔn)和部件之間發(fā)生變化等相關(guān)的問題。

未來
  開發(fā)和實施一種新的檢測策略是由檢測速度、成本和準(zhǔn)確表征異常情況(包括位置和大?。?、市場需求等多因素驅(qū)動的過程。如上所述,對檢測技術(shù)產(chǎn)生重大影響的三項技術(shù)進(jìn)步是電子元件的小型化、快速的數(shù)據(jù)傳輸速率以及大大提高的計算機(jī)處理能力。這些進(jìn)步提高了檢測速度,并使得新的檢測技術(shù)在降低硬件成本的同時能夠產(chǎn)生更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。
  而且這只是開始,我們預(yù)計在相控陣硬件、處理能力和結(jié)果自動化解釋方面將取得更加突飛猛進(jìn)的發(fā)展,進(jìn)而更進(jìn)一步降低檢測成本,同時為特定應(yīng)用優(yōu)化新型自動化處理解決方案。另外,將多個超聲波檢測探頭與其他傳感器一起使用的能力將大為改善,進(jìn)而更好地對異常特征進(jìn)行表征,并允許對該異常趨勢進(jìn)行跟蹤,從而使實時過程反饋成為現(xiàn)實。





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