科技視點：長輸管道全自動相控陣檢測系統得到推廣應用（下）
相控陣的特點即相控陣技術是通過軟件中輸入波束參數，如角度、焦距、焦點尺寸等產生超聲波束。焦點規則指計算機運算法則，定義參數分配給晶片組合，從而提供一個特殊的波束形狀。這些參數包括應用電壓的振幅、激發序列和不同晶片激發的延遲時間。采用直線型陣列形式完成聲束的動態掃描和動態聚焦。換能器工作頻率的高低決定了換能器缺陷發現能力的高低，通常較高的工作頻率具有較高的缺陷發現能力，容易聚焦，但是傳輸衰減增大，檢測深度減小。而較低的工作頻率穿透能力較大，但是對較小缺陷的發現能力較差，聚焦能力差。所以根據研究，我們選擇換能器的工作頻率為５兆赫。換能器的阻尼影響深度分辨率的研究，所以我們采用了中阻尼特性的阻尼塊，以保證換能器既有深度方向的分辨率又能保證遠場的檢測靈敏度。
脈沖發射接收部分的主要工作原理如下：根據西氣東輸工程管道環焊縫全自動超聲波檢測的規定，必須對所檢測的管道焊縫坡口形式和焊接填充次數沿壁厚方向分區，每個分區高度一般為２～３毫米。對于多探頭自動超聲檢測系統，每個分區需要用一對超聲探頭進行覆蓋檢測。 相控陣系統則是按照一定的時序，通過對不同晶陣陣元的觸發控制實現多探頭多分區覆蓋掃查功能。當所檢測的管道直徑和壁厚改變時，只需要調整相應的晶陣陣元控制方式即可滿足檢測要求，而無需像多探頭系統需要更換探頭盤并人工調整探頭陣列。 發射控制電路用來觸發相控陣陣元的觸發信號包含位移參數、偏向角參數和聚焦參數３個部分。為了實現某個分區的掃查，需要確定出相應的超聲波束的發射中心在管道表面的入射點，也就是確定發射陣元組的編號；為了實現某一個方向角度的超聲掃查，首先需要產生發射所需要的若干個等值時差為τ的觸發信號。然后在等值時差的基礎上，根據不同的掃查深度所決定的聚焦焦點位置，疊加一個聚焦延遲信號。經過聚焦延遲的多路觸發信號分別送往相應的激勵脈沖發生器，激勵各個陣元產生超聲波發射。 在發射的間歇時間，來自各個陣元的回波信號通過接收延時電路合成為一路送往接收放大電路，經放大處理送入計算機進行數據處理和圖像顯示。實際上接收延時電路也同樣包含接收聚焦延時和接收方向延時兩個延時量，通過給予回波信號相應的時間補償，可以保證在接收放大電路的輸入端同相合成。
檢測工藝部分包括電控偏角特性、電控聚焦特性、ＴＯＦＤ方法、電控掃查方案、缺陷評判的研究等。 此外，由于超聲波束是具有一定尺寸的四棱錐體，其水平寬度和垂直寬度是不等的，研究波束的形狀對于缺陷尺寸修整、缺陷評判具有很大的實用價值。 該項目的研制成功，首先可以使相控陣超聲檢測技術國產化，其次可以使國內的無損檢測技術有一個飛躍。今后要在小型化、智能化等方面多做工作。
脈沖發射接收部分的主要工作原理如下：根據西氣東輸工程管道環焊縫全自動超聲波檢測的規定，必須對所檢測的管道焊縫坡口形式和焊接填充次數沿壁厚方向分區，每個分區高度一般為２～３毫米。對于多探頭自動超聲檢測系統，每個分區需要用一對超聲探頭進行覆蓋檢測。 相控陣系統則是按照一定的時序，通過對不同晶陣陣元的觸發控制實現多探頭多分區覆蓋掃查功能。當所檢測的管道直徑和壁厚改變時，只需要調整相應的晶陣陣元控制方式即可滿足檢測要求，而無需像多探頭系統需要更換探頭盤并人工調整探頭陣列。 發射控制電路用來觸發相控陣陣元的觸發信號包含位移參數、偏向角參數和聚焦參數３個部分。為了實現某個分區的掃查，需要確定出相應的超聲波束的發射中心在管道表面的入射點，也就是確定發射陣元組的編號；為了實現某一個方向角度的超聲掃查，首先需要產生發射所需要的若干個等值時差為τ的觸發信號。然后在等值時差的基礎上，根據不同的掃查深度所決定的聚焦焦點位置，疊加一個聚焦延遲信號。經過聚焦延遲的多路觸發信號分別送往相應的激勵脈沖發生器，激勵各個陣元產生超聲波發射。 在發射的間歇時間，來自各個陣元的回波信號通過接收延時電路合成為一路送往接收放大電路，經放大處理送入計算機進行數據處理和圖像顯示。實際上接收延時電路也同樣包含接收聚焦延時和接收方向延時兩個延時量，通過給予回波信號相應的時間補償，可以保證在接收放大電路的輸入端同相合成。
檢測工藝部分包括電控偏角特性、電控聚焦特性、ＴＯＦＤ方法、電控掃查方案、缺陷評判的研究等。 此外，由于超聲波束是具有一定尺寸的四棱錐體，其水平寬度和垂直寬度是不等的，研究波束的形狀對于缺陷尺寸修整、缺陷評判具有很大的實用價值。 該項目的研制成功，首先可以使相控陣超聲檢測技術國產化，其次可以使國內的無損檢測技術有一個飛躍。今后要在小型化、智能化等方面多做工作。
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