Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Анимация, показывающая принцип работы ультразвукового сканера, используемого в ультразвуковой медицинской визуализации. Он состоит из генератора луча (TX), который генерирует электронный сигнал, состоящий из импульсов синусоидальных волн, колеблющихся на ультразвуковой частоте, который подается на массив ультразвуковых преобразователей (T), контактирующих с поверхностью кожи, которые преобразуют электрический сигнал в ультразвуковые волны, проходящие через ткань. Синхронизация импульсов, излучаемых каждым преобразователем, контролируется программируемыми блоками задержки (φ) , которые управляются микропроцессорной системой управления (C) . Движущиеся красные линии - это волновые фронты ультразвуковых волн от каждого преобразователя. Волновые фронты сферические, но они сочетаются (совмещать ), чтобы сформировать плоские волны, создавая луч звука, движущийся в определенном направлении. Поскольку импульс от каждого преобразователя постепенно задерживается по мере продвижения вверх по линии, каждый преобразователь издает свой импульс после следующего за ним. В результате получается луч звуковых волн, излучаемый под углом (θ) к решетке. Изменяя задержку импульсов, компьютер может сканировать ультразвуковой луч в растровом виде по ткани. Эхо, отраженное тканями различной плотности, принимаемое преобразователями, создает изображение нижележащих структур.
Контроль сварных швов фазированной решеткой. ВЕРХНИЙ: Зонд с фазированной решеткой излучает серию лучей, заливающих сварной шов звуком. ВНИЗ: дефект сварного шва отображается красным цветом на экране прибора.

Ультразвук с фазированной решеткой ( PA ) - это передовой метод ультразвукового контроля, который находит применение в медицинской визуализации и промышленном неразрушающем контроле . Общие приложения - неинвазивное исследование сердца или обнаружение дефектов в изготовленных материалах, таких как сварные швы . Одноэлементные ( нефазированные ) зонды , технически известные как монолитныезонды, испускают луч в фиксированном направлении. Чтобы проверить или исследовать большой объем материала, обычный зонд должен быть физически просканирован (перемещен или повернут), чтобы провести луч через интересующую область. Напротив, луч зонда с фазированной решеткой можно сфокусировать и повернуть электронным способом без перемещения зонда. Луч является управляемым, потому что зонд с фазированной решеткой состоит из множества небольших элементов, каждый из которых может получать импульс индивидуально с рассчитанной компьютером синхронизацией. Термин « поэтапный» относится к хронометражу, а термин « массив» относится к множеству элементов. Ультразвуковой контроль с фазированной решеткой основан на принципах волновой физики , которые также находят применение в таких областях, как оптика.и электромагнитные антенны .

Принцип работы [ править ]

Зонд PA состоит из множества небольших ультразвуковых преобразователей , каждый из которых может генерировать импульс независимо. Изменяя синхронизацию, например, заставляя импульс от каждого преобразователя постепенно задерживать восходящую линию, устанавливается структура конструктивной интерференции, которая приводит к излучению квазиплоского ультразвукового луча под заданным углом в зависимости от прогрессивной временной задержки. Другими словами, изменяя прогрессивную временную задержку, лучом можно управлять электронно. Его можно пронести, как луч прожектора, через исследуемую ткань или объект, и данные от нескольких лучей объединяются, чтобы создать визуальное изображение, показывающее срез объекта.

Использование фазированных решеток в промышленности [ править ]

Фазированные решетки широко используются для неразрушающего контроля (NDT) в нескольких отраслях промышленности, таких как строительство , трубопроводы и электроэнергетика . Этот метод является передовым методом неразрушающего контроля, который используется для обнаружения неоднородностей, то есть трещин или дефектов, и, таким образом, определения качества компонентов. Благодаря возможности управления такими параметрами, как угол луча и фокусное расстояние, этот метод очень эффективен в отношении обнаружения дефектов и скорости тестирования. [1] Помимо обнаружения дефектов в компонентах, фазированная антенная решетка может также использоваться для измерения толщины стенок в сочетании с испытаниями на коррозию . [2] [3] Фазированные антенные решетки могут использоваться в следующих промышленных целях:

  • Контроль сварных швов [4]
  • Измерения толщины
  • Проверка на коррозию
  • Блоки проверки / демонстрации PAUT [5]
  • Осмотр подвижного состава (колеса и оси)
  • Стандартные калибровочные блоки PAUT и TOFD

Особенности фазированной решетки [ править ]

На строительной площадке технический специалист проверяет сварной шов трубопровода на предмет дефектов с помощью ультразвукового прибора с фазированной решеткой. Сканер, состоящий из рамы с магнитными колесами, удерживает датчик в контакте с трубой с помощью пружины. Влажная зона - это ультразвуковая связка, которая позволяет звуку проходить в стенку трубы.
  • Метод, наиболее часто используемый для медицинского ультразвукового исследования .
  • Несколько элементов зонда создают управляемый и сфокусированный луч. [6]
  • Размер фокусного пятна зависит от активной апертуры зонда (A), длины волны ( λ ) и фокусного расстояния (F). [7] Фокусировка ограничена ближним полем зонда с фазированной решеткой.
  • Создает изображение, показывающее срез объекта.
  • По сравнению с обычными одноэлементными системами ультразвукового контроля , инструменты и датчики PA более сложны и дороги.
  • В промышленности техническим специалистам по громкой связи требуется больше опыта и подготовки, чем обычным техническим специалистам UT.

Стандарты [ править ]

Европейский комитет по стандартизации (CEN)
  • prEN 16018, Неразрушающий контроль - Терминология - Термины, используемые при ультразвуковом контроле с фазированными решетками
  • ISO / WD 13588, Неразрушающий контроль сварных швов. Ультразвуковой контроль. Использование (полу) автоматизированной технологии фазированных решеток

См. Также [ править ]

  • Фазированные антенные решетки (общая теория и электромагнитная связь).
  • Оптика с фазированной решеткой

Ссылки [ править ]

  1. ^ Коррозия при осмотре опоры трубы. Проверено 13 июля, 2012.
  2. ^ Фазированная решетка (PA). Проверено 13 июля, 2012 г.
  3. ^ Картирование коррозии с помощью фазированной решетки ультразвука. Саммит и выставка API Inspection 2011. Проверено 13 июля 2012 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
  4. ^ ASTM, E2700 (2012). Неразрушающий контроль, том 3.03, Контактный ультразвуковой контроль сварных швов с использованием фазированных решеток . Коншохокен, Пенсильвания: Американское общество испытаний материалов. С. 1536–44. ISBN 978-0-8031-8729-0.
  5. ^ [1]
  6. ^ ASTM, E2491 (2012). Неразрушающий контроль, том 3.03, Оценка характеристик фазированных решеток для ультразвуковых контрольно-измерительных приборов и систем . Коншохокен, Пенсильвания: Американское общество испытаний материалов. С. 1358–75. ISBN 978-0-8031-8729-0.
  7. ^ Birring, Anmol (сентябрь 2008). «Выбор параметров фазированной решетки для испытаний сварных швов». Оценка материалов .

Книги [ править ]

  • Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением . Американское общество инженеров-механиков, 2013. Раздел V - Неразрушающий контроль . [См. Статью 4 - Методы ультразвукового исследования сварных швов . Para E-474 UT-Phased Array Technique ]

Внешние ссылки [ править ]

  • FOCUS - быстрый объектно-ориентированный ультразвуковой симулятор C ++ [процедуры MATLAB для создания и моделирования фазированных решеток]
  • Симулятор с фазированной антенной решеткой [требуется регистрация через 5 минут использования]
  • Обучающий ресурс по Phased Array Tutorial от Olympus