超聲無損檢測報(bào)告

1、超聲無損檢測理論方法及硬件電路設(shè)計(jì)報(bào)告人：宋 賀時(shí) 間：2015.01.28Company Logo 目目 錄錄 1.超聲無損檢測相關(guān)理論 2.脈沖反射法 3.衍射時(shí)差法（TOFD） 4.超聲相控陣 5.硬件電路設(shè)計(jì)1. 超聲無損檢測相關(guān)理論什么是超聲波和超聲無損檢測 超聲無損檢測，就是通過超聲波與試件相互作用，對探頭 接收到的回波進(jìn)行研究，從而對被測工件內(nèi)部做出無損評 價(jià)。 超聲波，是值頻率在20000Hz以上的聲波1. 超聲無損檢測相關(guān)理論超聲無損檢測的基本原理超聲波在試件中的傳播特性聲源產(chǎn)生超聲波，采用一定的方式使超聲波進(jìn)入試件超聲波在試件中傳播遇到缺陷，傳播方向或特征被改變改變后的超聲

2、波被接收設(shè)備接受，對其進(jìn)行處理和分析根據(jù)接收的超聲波的特征，評估試件內(nèi)部是否存在缺陷 及缺陷的特性1. 超聲無損檢測相關(guān)理論如何發(fā)射與接收超聲波超聲波換能器 超聲波換能器，是一種聲能與其他能量相互轉(zhuǎn)換的器件 在這里用到的是聲/電轉(zhuǎn)換，原理是壓電效應(yīng) 高壓脈沖信號激發(fā)產(chǎn)生超聲波發(fā)射實(shí)現(xiàn) 返回的超聲波打在器件上激發(fā)產(chǎn)生電信號接受實(shí)現(xiàn)2. 脈沖反射法工作原理 工件內(nèi)部缺陷導(dǎo)致材質(zhì)的不連續(xù)，進(jìn)而導(dǎo)致聲阻抗的不一致 導(dǎo)致工缺陷處產(chǎn)生一個(gè)兩側(cè)聲阻抗特性不同的接觸面 超聲波傳播到此處，一部分會被反射回去，另一部分繼續(xù)向 前傳播 反射回來的超聲波的能量大小與接觸面兩側(cè)聲阻抗差異及接 觸面的大小、取向有關(guān)，即與

3、缺陷的狀況有關(guān)2. 脈沖反射法工作原理圖3. TOFD什么是TOFD？衍射時(shí)差法 (TOFD)是一種依靠從待檢試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)（主要是指缺陷）的“端角” 和“端點(diǎn)”處得到的衍射能量來檢測缺陷的方法。3. TOFDTOFD的工作原理與常規(guī)的超聲技術(shù)不同，TOFD法不用脈沖回波幅度對缺陷大小做定量測定，而是靠脈沖傳播時(shí)間來定量。 TOFD的常見配置發(fā)射探頭接收探頭橫向波上端點(diǎn)下端點(diǎn)內(nèi)壁反射信號A掃信號發(fā)射探頭接收探頭橫向波橫向波LW上端點(diǎn)上端點(diǎn)下端點(diǎn)下端點(diǎn)內(nèi)壁反射波內(nèi)壁反射波BW發(fā)射探頭接收探頭SSdLWBWt0t0始脈沖t傳播時(shí)間傳播時(shí)間發(fā)射探頭接收探頭SSdt0t002222tcdSt缺陷深度發(fā)射

4、探頭接收探頭SSdt0t0220222Sttcd缺陷自身高度發(fā)射探頭接收探頭2Sd112ddhd2由于計(jì)算自身高度只需要測量時(shí)間由于計(jì)算自身高度只需要測量時(shí)間, 所以垂直方向定量會很準(zhǔn)確。所以垂直方向定量會很準(zhǔn)確。3. TOFD兩種常見的特殊缺陷 向外表面延伸的缺陷向內(nèi)表面延伸的缺陷向外表面延伸的裂紋發(fā)射探頭接收探頭裂紋尖端裂紋尖端內(nèi)壁反射波內(nèi)壁反射波BW橫向波被隔開了橫向波被隔開了沒有橫向波沒有橫向波向內(nèi)表面延伸的裂紋發(fā)射探頭接收探頭橫向波橫向波LW尖端信號尖端信號內(nèi)壁反射信號被隔開了內(nèi)壁反射信號被隔開了沒有內(nèi)壁沒有內(nèi)壁反射波反射波3. TOFDTOFD方法的優(yōu)點(diǎn) 缺陷檢出率比脈沖反射法要高

5、容易檢出方向性不好的缺陷可以識別向內(nèi)外表面延伸的缺陷采用TOFDTOFD和脈沖反射法相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)100%100% 焊縫覆蓋。沿焊縫作一次掃查即可完成，檢測效率高缺陷定量、定位精度高。3. TOFDTOFD的局限性 在上、下表面附近盲區(qū)對“噪聲”敏感夸大了一些良性的缺陷和工件本身設(shè)計(jì)帶有 的孔、洞等解釋比較困難，需要一定經(jīng)驗(yàn)支持4. 超聲相控陣什么是相控陣？ 超聲相控陣成像技術(shù)的基本思想來自于雷達(dá)所使 用的相控陣技術(shù)。相控陣?yán)走_(dá)是由多個(gè)輻射單元 按照一定圖形排成陣列組成?？刂葡到y(tǒng)通過改變 陣列天線中各單元的幅度和相位，在一定空間范 圍內(nèi)合成靈活快速的相控雷達(dá)波束。4. 超聲相控陣什么是相控陣

6、？ 而超聲相控陣探頭則由多個(gè)壓電晶片代替雷達(dá) 的電磁發(fā)射單元組成陣列，按一定的時(shí)序和規(guī) 則用控制系統(tǒng)激發(fā)各個(gè)陣元，來調(diào)節(jié)聲束聚焦 的方向和焦點(diǎn)的位置。4. 超聲相控陣 4. 超聲相控陣超聲相控陣檢測的優(yōu)點(diǎn) 可以控制聲束偏轉(zhuǎn)和聚焦，波束指向靈活，可以檢 測到傳統(tǒng)方法無法檢測的區(qū)域不需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的掃查裝置，也不需要頻繁更換探 頭，機(jī)構(gòu)簡單，操作方便較低驅(qū)動(dòng)電壓下也能得到聲場強(qiáng)度較大的掃描信號提高系統(tǒng)的檢測分辨力，信噪比和靈敏度抗干擾能力增強(qiáng)4. 超聲相控陣超聲相控陣發(fā)射聚焦和發(fā)射偏轉(zhuǎn)技術(shù) u 理論基礎(chǔ)波的疊加和干涉 4. 超聲相控陣超聲相控陣發(fā)射聚焦和發(fā)射偏轉(zhuǎn)技術(shù) u 相控陣發(fā)射發(fā)射相控偏轉(zhuǎn)與聚焦

7、4. 超聲相控陣超聲相控陣發(fā)射聚焦和發(fā)射偏轉(zhuǎn)技術(shù) u 相控陣接收接受聲束相控技術(shù)4. 超聲相控陣掃查方式 u 聚焦法則在發(fā)射相控控制中，通過給予陣列探頭中的陣 元不同的時(shí)延，可以得到不同形式的波陣面。反之如果給定一種聲束聚焦方式，則可以確定 各個(gè)陣元的時(shí)延，這種時(shí)延規(guī)則被稱為聚焦法 則4. 超聲相控陣掃查方式 u 聚焦法則由相控發(fā)射偏轉(zhuǎn)與聚焦圖可知：4. 超聲相控陣掃查方式 u 常用的三種相控陣掃查方式線性掃查：將相鄰的若干陣元視為一組，按 照一定的時(shí)間間隔對各組陣元施加相同的聚 焦法則。合成聲束將以恒定角度和聚焦深度 沿陣元延伸的方向進(jìn)行掃查。4. 超聲相控陣掃查方式 u 常用的三種相控陣掃查方式扇形掃查：使用同一組陣元，采用不同的聚焦法則， 以實(shí)現(xiàn)超聲束在一個(gè)扇形區(qū)域內(nèi)的掃描。4. 超聲相控陣掃查方式 u 常用的三種相控陣掃查方式動(dòng)態(tài)聚焦：采用同一組陣元，發(fā)射時(shí)使合成聲束聚焦 在某一個(gè)焦點(diǎn)上；在超聲接收時(shí)通過實(shí)時(shí)地改變聚焦 法則，使接收聲束在聲束軸線上的不同深度進(jìn)行聚焦， 聚焦點(diǎn)覆蓋整個(gè)深度。4. 超聲相控陣超聲相控陣發(fā)射聚焦延時(shí)計(jì)算 發(fā)射延時(shí)計(jì)算坐標(biāo)系P點(diǎn)的坐標(biāo)為：P點(diǎn)到F相對于陣列中心點(diǎn)的時(shí)延為 結(jié)果為負(fù)表示第i個(gè)陣元相對于陣列中心點(diǎn)提前發(fā)射，反之則延遲發(fā)射。5. 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路結(jié)構(gòu) u探頭：產(chǎn)生超聲波的器件u發(fā)射前端：由FPGAFPGA控制產(chǎn)生高壓脈沖信號，使