Page 115 - 无损检测2021年第十一期

黄文大, 等:

全矩阵捕获和全聚焦法相控阵成像检测技术

表1 双全法相较于常规 PAUT的优点

项目 常规 PAUT 特性 双全法优势 双全法应用

可聚焦于区域中所有的点
聚焦 声束可聚焦到限定位置 缺陷定量
( 由高分辨率网格定义)
非聚焦声束的空间分辨率较差, 其 TFM 图像中, 所有点均可获得最
空间分辨率 主要目的是检出缺陷, 而非定量; 聚焦 优的分辨率。点状反射体间距大于 缺陷定量; 表征缺陷性质
声束在聚焦区域有良好的空间分辨率 网格分辨率时, 显像良好
对缺陷入射角、 缺 提高焊缝及邻近定向缺陷( 裂纹类
声束有一定的指向性, 缺陷响应取 成像由阵元多次发 - 收波程求和而
陷几何特征的相 面型缺陷) 的检出率; 提高点状腐蚀
决于入射角 得, 对缺陷方向相对不灵敏
对不灵敏性 的检出率, 全面精测壁厚损失
在数据后处理中, 声速可以修改以
需要准确评价回波, 正确计算延 用于被检工件温度变化的证明; 检
波型声速 调整不合适的采值, 无需再到现场进
时, 准确输入波型声速 测各向异性奥氏体材料

行重检 适应扫查表面变化, 该变化可能是
与工件几何 检测布置的几何条件需准确输入 系统( 如楔块) 和工件的几何假设
轻度曲率或粗糙度的变化, 但有物理
形状的相关性 系统, 以正确计算延时 可作修正, 相同数据可重新处理
限值
盲区( 近表面区、 常存在与所有脉冲回波检测法( 声 阵元间多次发收, 可减小图像中的 检测近表面缺陷, 提高对薄壁件的
表面回波区) 束发收同向) 相似的盲区 盲区 检测能力
表2 双全法相较于常规 PAUT的缺点
项目 常规 PAUT 特性 双全法缺点 说明
大型 FMC 数据文件处理后可丢
数据文件大小与常规自动超声检测 数据文件比常规 PAUT 大几个数
数据文件大小 弃, 但这会抵消许多优点, 数字技术
类似, 可用现代计算系统处理和存档 量级, 需要提高计算系统的处理能力
可解决这一问题
操作员培训、 认证 正规培训课程随处可得, 行业接受 认证培训尚无, 可参考常规 PAUT 双全法是新兴领域, 特定应用领域
和技能 程度日益提高 的培训体系建立双全法的培训体系 需要检测人员具有较高的技能水平
常用许多独立脉冲发收器编址多
常用多路复用器编址阵列晶片, 以 市场正在设计更多设备, 以促进新
仪器 晶片阵列探头, 增大近场区以达到有
多于独立单板脉冲发收器的晶片 技术产生经济效益
效聚焦
了解试件的几何形状对基于超声 使用基于几何反射的成像算法时,
被检试件几何形 不清楚试件的几何形状会使试件缺 飞行时间的信号求和成像算法非常 应验证被检试件局部几何形状的变
状未知或多变 陷的回波显示不当或回波波幅降低 重要, 几何形状假设与实际不一致 化, 可对表面轮廓有变化的试件采用
时, 成像质量会明显降低 自适应全聚焦法
用多阵元探头产生的声束声压强, 可 FMC过程中各发射阵元发射的声束 材料性质、 各向异性或粗晶散射介质
高衰减材料
在高衰减材料中穿透较长距离 在材料中衰减, 导致成像性能降低 的存在, 会导致声场性能显著降低
据采集法与成像法可采用替代法。该节概述基本双 法用得最广。该算法基于延时与求和处理, 其基
全法与某些替代法。替代采集法包括半矩阵捕获 本概念是将缺陷产生的回波进行相干求和, 使缺

( HMC )、 稀疏矩阵捕获( SMC )、 平面波成像( PWI ) 陷的波幅最大化, 将信号合成聚焦于构成成像区
和虚拟源声阑( VSA ) 法。替代成像法包括自适应 的网格点上, 再输出为波幅图, 若不同的回波信号
TFM ( ATFM ) 和多成像方式 TFM 法。 间存在相关性, 产生的波幅会更高。该方法源于
2.2 双全法采集和成像过程 合成孔径雷达, 最初是通过合成孔径聚焦法引入
2.2.1 全矩阵捕获采集过程 常规超声检测的。
FMC过程是记录所有信号的过程, 这些信号对 用于 FMC的 TFM 算法步骤如下所述。
应于阵列所有可能的发 - 收阵元对。采用 FMC法采 ( 1 )波程计时。声波从阵元i 到网格点P , 再

集信号可得到一个 N × N ( N 为阵元数) 的信号矩 到阵元 j 所需飞行时间 t i j P ) 为

(
()。
阵, 记 i 阵元发射, 阵元接收的信号为S i j t t i j P ) T i p +T jp ( 1 )
j
=
(
2.2.2 全聚焦法的成像过程 式中: T i p T jp 分别为超声从发射阵元 i 、 接收阵元
,
FMC数据成像的方法有很多, 其中 TFM 算 j 的中心到网格点P 的飞行时间。
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2021年 第43卷 第11期
无损检测