Page 77 - 无损检测2021年第二期

试验研究

DOI : 10.11973 / ws j c202102009

管道内检测的环形相控阵超声聚焦方法

杨理践, 李光辉, 高松巍, 王国庆, 张 佳

( 沈阳工业大学 信息科学与工程学院, 沈阳 110870 )

摘 要:针对管道内检测中相控阵超声聚焦的问题, 分析了管道中环形相控阵超声辐射的超声
波传播原理, 建立了聚焦数学模型, 计算了阵元间激励信号的延时; 采用 128 阵元的换能器对直径为

168mm 的管道进行试验, 结果表明, 环形相控阵超声的延时法则实现了不同工作阵元数量以及不同
焦距条件时, 声束在管壁中的聚焦。在工作区间内, 一定数量的阵元可获得良好的聚焦效果。
关键词:环形相控阵超声; 管道内检测; 聚焦声束; 延时法则

中图分类号: TB553 ; TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2021 ) 02-0043-05

Annular p hasedarra yultrasonicfocusin gmethodfor p i p elineinternalins p ection

YANGLi j ian , LIGuan g hui , GAOSon g wei , WANGGuo q in g ZHANGJia
,

( SchoolofInformationScienceandEn g ineerin g , Shen y an gUniversit yofTechnolo gy , Shen y an g110870 , China )

Abstract : Focusin gonthep roblem ofultrasonicp hasedarra yinp i p elineins p ection , thisp a p eranal y zedthe

p rinci p leof p ro p a g ationofultrasonicwaveradiatedb yrin gultrasonicp hasedarra y inthep i p eline , andestablished

thefocusin g mathematicalmodel.Thedela yoftheexcitationsi g nalbetweentheelements wascalculated.The

ex p erimentalresultsofthe128elementstransduceronthe ϕ 168mmp i p elineshowthat , thedela yruleoftherin g

ultrasonicp hasedarra yrealizesthefocusin goftheacousticbeaminthe wallundertheconditionsofdifferent

workin gelementsanddifferentfocallen g th , andacertainnumberofarra yelementsintheworkin garra yelement

ran g ecanachieveg oodfocusin geffect.

Ke ywords : annular p hasedarra yultrasonic ; p i p elineinternalins p ection ; focusin gbeam ; dela y rule
油气管道是石油和天然气的主要运输 工具之 总数为 64 的环形换能器阵列, 分析了基于图形处理
一, 由于多种原因会导致其产生腐蚀、 裂纹等缺陷, 单元的图像重建过程。
严重影响其安全运行。在管道检测的众多无损检测 文章基于相控阵延时法则, 分析了管道中环形
方法中, 相控阵超声检测因检测速度快、 无辐射、 精 相控阵超声聚焦声束的传播原理, 构建了聚焦数学

度高等特性受到诸多关注。 模型, 计算了奇、 偶数阵列的延迟时间, 验证了管道
通过相控阵不同阵元产生的声场叠加, 由延时 中环形相控阵超声的检测效果, 得到阵元数量与回
法则可实现声束的偏转和聚焦 [ 1-2 ] 。郭忠存等 [ 3 ] 将 波幅值的关系。
延时算法应用于圆台形换能器的声场聚焦, 分析了 1 环形相控阵超声检测原理
圆台形阵列在管材内的辐射位移场特性, 实现了圆
一维线阵相控阵超声换能器不适合曲率较大的
台形换 能 器 在 管 材 外 对 管 材 的 聚 焦 检 测; CHOE

等 [ 4-5 ] 利用延时特性设计了外半径为 1.27mm , 阵元 管道内检测, 应采用适合管道内检测的环形相控阵
超声换能器。
1.1 环形相控阵超声阵列
收稿日期: 2020-04-23
环形相控阵超 声阵 列 模 型 及 扫 描 方 式 如 图 1
基金项目: 辽宁省自然科学基金面上项目( 2019-MS-243 )
作者简介: 杨理践( 1957- ), 男, 教授, 博士生导师, 主要从事管 所示。
道无损检测技术等方面的研究工作 在图 1 ( a ) 中, 阵 列 包 括 矩 形 压 电 晶 片 结 构 的
128 个阵元, 针对某一聚焦点, 最大工作阵元数量为
通信作者: 高松巍, g aoson g wei888@163.com
3
4

2021 年 第 43 卷 第 2 期
无损检测