超聲相控陣技術(shù)原理

對(duì)于線性陣元排列組成的超聲相控陣探頭來(lái)說(shuō)，給予各個(gè)陣元不同的延遲激勵(lì)就可以控制波束的偏轉(zhuǎn)和聚焦。

波束聚焦原理

使探頭發(fā)射的超聲束在一定深度范圍內(nèi)匯聚收斂稱(chēng)之為超聲聚焦。由于聲束的匯聚，使其穿透力和回波強(qiáng)度增強(qiáng)，可以改善探測(cè)靈敏度，分辨力也將大大得到提高。

波束偏轉(zhuǎn)原理

在相控陣技術(shù)中就是利用波束的聚焦與偏轉(zhuǎn)來(lái)達(dá)到高速掃描的效果，波束偏轉(zhuǎn)的控制也是通過(guò)對(duì)各個(gè)陣元的激勵(lì)延遲時(shí)間控制得到的。如果使各個(gè)陣元的延遲時(shí)間成等差數(shù)列，即各個(gè)陣元的觸發(fā)脈沖序列是一個(gè)等差數(shù)列，此時(shí)相控陣探頭發(fā)出的超聲波束的合成波陣面法線與晶陣面成一個(gè)夾角，通過(guò)這種方式就可以實(shí)現(xiàn)波束的偏轉(zhuǎn)控制。

波束偏轉(zhuǎn)+聚焦原理

在相控陣技術(shù)中，為了提高檢測(cè)精度，在波束發(fā)射時(shí)不僅需要控制波束的偏轉(zhuǎn)而且還需要在控制波束偏轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上讓其在需要的深度聚焦，這就是所謂的波束偏轉(zhuǎn)+聚焦控制。在前面聚焦和偏轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)各個(gè)陣元的觸發(fā)脈沖時(shí)序進(jìn)行偏轉(zhuǎn)和聚焦延遲疊加，也即是波束偏轉(zhuǎn)的等差數(shù)列的延遲激勵(lì)和波束聚焦的二次曲線的延遲激勵(lì)進(jìn)行疊加，就可以實(shí)現(xiàn)波束偏轉(zhuǎn)+聚焦控制，以適應(yīng)實(shí)際的探傷要求。此時(shí)相控探頭發(fā)出的超聲波束的合成波陣面是一個(gè)曲面，不僅實(shí)現(xiàn)了聚焦，而且具有一定的方向性。由此可見(jiàn)，在相控陣技術(shù)中，關(guān)鍵點(diǎn)就是對(duì)各個(gè)陣元延遲時(shí)間的控制。

相控接收原理

相控接收是指對(duì)反射回來(lái)的超聲波進(jìn)行接收，對(duì)于 A 超而言，由于超聲波垂直發(fā)射，垂直接收，因此只需要在直接接收完成以后按照一定的規(guī)律進(jìn)行數(shù)據(jù)提取就可以了。但是對(duì)于相控陣技術(shù)而言，它的難點(diǎn)就是在于相控陣接收回波的合成與相位補(bǔ)償。因?yàn)閷?duì)于相控發(fā)射而言它采用固定焦點(diǎn)法，一次發(fā)射只是一個(gè)偏轉(zhuǎn)角度，而且在要求深度處聚焦，但是接收信號(hào)的時(shí)候處處都是焦點(diǎn)，對(duì)于只接收一個(gè)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，相控接收是相控聚焦的解焦。假設(shè)存在 7 個(gè)陣元，目標(biāo)點(diǎn)到陣元面的距離為 F，位于陣元面的法線方向上，從而到達(dá)各個(gè)陣元的時(shí)間以陣元 4 為軸對(duì)稱(chēng)。對(duì)于目標(biāo)點(diǎn)反射回來(lái)的回波，各個(gè)陣元進(jìn)行接收，由于延遲時(shí)間不同，因此存在相位差，必須相位補(bǔ)償后才能合成為一個(gè)回波點(diǎn)。