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相控阵超声波检测技术的变革与进步

随着技术的进步,势必将影响到所有的无损检测方法。下面我们就举个例子,重点讨论这些变革和进步是如何正在改变相控阵超声波无损检测技术的。

相控阵超声波检测技术

  超声波检测技术通常可以通过六个操作步骤来概述:

  ● 信号生成

  ● 数据采集

  ● 信号处理

  ● 数据可视化

  ● 结果解释

  ● 报告

  可以近乎实时执行的操作越多,检验成本效益越高。上面讨论的处理能力、更高的数据传输速率以及电子元件小型化的进步,都直接或间接地影响到所有的这些步骤。

  例如,使用超快速USB 3技术的相控阵仪器现在可以实现大于每秒160 MB的数据传输速率。快速传输率大大改善了在线和现场应用程序的数据和报告管理。

  相控阵控制器的小型化特别有利于在野外使用。与此同时,更高的处理能力以及高数据传输速率使这些仪器能够实现高速数据采集和高级实时数据处理,从而大大提高了现场应用的检测能力。


  阵列探测器和当前的超声波仪器已经允许用户以接近生产速率的速度获取大量的检测数据。但是还必须对这些数据进行处理来创建图像,并且必须对这些图像进行分析,以提取确保质量所需的信息并提供过程反馈。

  目前的相控阵系统能够产生由探头测量的反射信号的振幅和/或飞行时间的2D彩色图。一般由操作人员对结果图像进行观察,如果发现异常则通常会脱机分析该异常情况的属性。对于自动检测,则一般需要重新加载零件或采取更好的做法,暂停检查过程并返回到异常区域再仔细观察。

  改善数据和图像质量可以帮助人们减少花费在结果解释上的时间,将来人们或许会实现结果自动化解释和报告管理。

  增强信号和数据处理能力也为极大地改进分析结果和数据可视化提供了有效途径。波传播的数学和物理学原理目前已经得到了很好的理解,并且已作为理论基础用于信号处理、增强图像质量,并进一步改善对异常情况的检测和表征。这些技术大部分都是计算密集型的,而且现在才开始出现在实时检测系统中。

  一套完整的AOS相控阵系统

  计算机处理能力的提高也同样使其他各应用领域受益,例如地球物理和医学成像等。以医学成像技术为例,今后有望在声阻抗变化较小的情况下进一步提高成像功能。

相控阵超声波检测技术

  使用不同的信号处理技术所获取的图像比较

增强处理能力后的相控阵技术实例

  相控阵超声波检测技术的***新进展包括全新的信号处理和数据采集技术(包括全聚焦方法和表面自适应采集等)的出现。这些改进都是通过增强处理能力来实现的,这也使得该技术能够进行实时检测。

  前面提到的全聚焦方法当前是利用全矩阵捕获(FMC)数据采集模式。FMC是一种数据采集技术,其中每个单独的探头元件会连续触发,而所有元件都接收返回的信号。对于线性探头,获取的结果是一个n×n的信号数据矩阵。然后利用信号处理对信号进行时间平移,以获得在整个2D横截面图像和体积维度上******聚焦的高分辨率图像。

相控阵超声波检测技术

  采用全矩阵捕获(FMC)数据采集技术,每个单独的探头元件会被连续触发,而所有元件都将接收返回的信号

相控阵超声波检测技术

  对于具有n个元件的线性探头,FMC数据采集所获取的结果是一个n×n的信号数据矩阵

  表面自适应采集方法是一种为解决具有复杂几何形状的零部件检测而开发的技术。在这种情况下,待检测部件表面的几何形状会被作为检测的一部分进行实时测量。使用FMC采集,采用先进的全聚焦方法是需要额外考虑到表面形状的。该方法不仅大大提高了复杂形状的图像分辨率,而且还解决了零部件与探头未对准和部件之间发生变化等相关的问题。

未来

  开发和实施一种新的检测策略是由检测速度、成本和准确表征异常情况(包括位置和大小)、市场需求等多因素驱动的过程。如上所述,对检测技术产生重大影响的三项技术进步是电子元件的小型化、快速的数据传输速率以及大大提高的计算机处理能力。这些进步提高了检测速度,并使得新的检测技术在降低硬件成本的同时能够产生更高质量的数据。

  而且这只是开始,我们预计在相控阵硬件、处理能力和结果自动化解释方面将取得更加突飞猛进的发展,进而更进一步降低检测成本,同时为特定应用优化新型自动化处理解决方案。另外,将多个超声波检测探头与其他传感器一起使用的能力将大为改善,进而更好地对异常特征进行表征,并允许对该异常趋势进行跟踪,从而使实时过程反馈成为现实。


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