Page 133 - 无损检测2021年第三期

李 衍:
全矩阵捕获和全聚焦法检测标准化新动态

表 1 双全法成像路径
成像路径 示例 说明

T-T
直发直收
L-L
T-TT , TT-T
直发间收
LL-L , L-LL
或
LT-T , T-TL
间发直收
TT-L , L-TT
TT-TT
LL-LL 间发间收
TL-LT
直发直收( 双探)
L-L 图 5 FMC 数据采集过程示意
( 双阵列探头对置,
T-T #
其间距已知) N 号阵元。图中, 1 为 1 阵元发射的波前; 2 为缺
#
TT-TT 间发间收( 双探) 陷; 3 为接收阵元; 4 为 2 阵元发射的波前。
LL-LL ( 双阵列探头对置, 随后, 全矩阵捕获数据可用算法进行处理, 该算
TL-LT 其间距已知)
法在数据矩阵上操作, 以生成试件的缺陷图像。全
表中, 直发直收表示直接发射, 直接接收, 即一 聚焦法用于描述将计算延时律施加于全矩阵捕获数
次波发射, 一次波接收; 直发间收表示直接发射, 间 据的算法, 以使声能聚焦于给定关注区( ROI ) 内许
接接收, 即一次波发射, 二次波接收; 间发直收表示 多点( 像素) 上。此成像阶段( TFM 施用于 FMC 数
间接发射, 直接接收, 即二次波发射, 一次波接收; 间 据) 计算密集, 但现代计算机系统完全可以胜任 [ 1 ] 。
发间收表示间接发射, 间接接收, 即二次波发射, 二 全矩阵捕获算法的两个重要计算式如下。
( 1 )与所有发 - 收阵元对( i ,) 和像点 P 相对应

次波接收( 一次波为 0.5S 波; 二次波为 1.0S 波; T j
(
为横波; L 为纵波)。 的超声飞行时间 t i j P ), 由式( 1 ) 计算
3.2 双全法与 PAUT 比较 t i j =T i +T j ( 1 )
P
P
P
P
P
PAUT 可将不同延时值施加到主声阑阵元上, 式中: T i 为像点P 的声波入射飞行时间; T j 为像
以控制试件中的超声波束。这样可产生由主声阑各 点P 的声波接收飞行时间。
阵元小波相长、 相消干涉所支配的波束。在接收阶 ( 2 )与各像点超声飞行时间、 波程相应的 N ×

段, 基本信号可累加求和, 给出一次 A 扫描。相控 N 波幅的总和, 由式( 2 ) 计算
阵超声检测, 除能使波束偏转一系列角度外, 每一波 N N
P
( )
A ( P ) = ∑∑ S i j t i j ( 2 )
束也能受控在主声阑近场区聚焦声压。
i = 1 j = 1
相比之下, 双全法是一种后处理或成像技术, 在 式中: S i j 为 i 阵元发射和 j 阵元接收的超声信号叠
激发阶段不会在试件中产生波束。传输到试件中的 加到P 位置的幅值; t i j 为声波阵元 i 到聚焦点P 到
声场由组成声阑的一个阵元发射出来, 而由此声场 阵无 j 所需延时值。
在试件中产生的回波, 随即由声阑所有阵元记录下
4 表面条件和耦合要求
来, FMC 数据采集过程如图 5 所示。声阑上各阵元

一一相继激发, 而合成回波则由所有阵元记录下来, 双 全 法 检 测 时 表 面 条 件 至 少 应 满 足 ISO
此过程称为全矩阵捕获。换言之, FMC 是声波信息 16810 : 2014 要求( 即扫查表面应无污垢、 松散氧化
从声阑阵元“ 一发全收” 至“ 全发全收” 的全矩阵捕获 皮、 焊接飞溅等; 应有足够均一的外形和光洁度; 能
保持声耦合良好; 工件表面特征如会引起误判, 检测
过程。
前应予清除)。这是因为检测时通常都只用单一阵
图 5 所示为全矩阵捕获过程的各步骤, 具体为:

① 1 阵元激活, 超声波前射入试件; ② 波前抵达试 元作发射体, 且任何衍射信号都可能较微弱, 若表面

#
件缺陷前; ③ 缺陷反射波朝阵列方向返回; ④ 波前 状态差, 会使得信号质量下降, 从而严重影响检测的

抵达阵列阵元前; ⑤ 信号被阵列全阵元采集; ⑥ 过 可靠性。
程持续, 激活 2 阵元, 重复进行, 直到激活声阑末端 检测时可使用不同的耦合介质, 但其类型应与

#
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2021 年 第 43 卷 第 3 期

无损检测