探讨相控阵检测技术及其应用

探讨相控阵检测技术及其应用

关凯文

国家电投集团青海黄河电力技术有限责任公司

摘要：为了提升相控阵技术应用水平，提高检测质量。本文结合实际，在分析相控阵检测技术原理的同时，对该技术的关键点进行了解分析。最后以合成孔径聚焦技术为例，详细探讨该技术的应用情况。希望通过分析后，可以给该领域的工作人员一些参考。

关键词： 相控阵；检测技术；应用要点

  引言

在检测领域中作为一种形象化表征与准确定位以及定量评估技术，相控阵检测技术由于具备操作方便、检测精确度高得到广泛的应用。但是从我国现状分析，无论是从相控阵检测技术或是相关标准来说，还未构建出完全同一的技术标准，所以需要采取相关的标准给技术的实施作为支撑。因而，对相控阵检测技术的原理与应用要点进行分析，总结归纳技术措施尤为重要。

1.超声相控阵检测原理及关键技术

1.1超声相控阵检测原理

超声相控阵检测技术的研发主要是根据惠更斯原理与亥姆霍兹声压积分定理而研发应用的，是先进技术类型。在检测中，主要的部件就是超声相控阵列换能器，内部组成结构是多个独立性的一组压电晶片阵元组成，每个阵元都是独立性存在的，且独立完成超声波反射和使用。根据系统设定的原则对于部门或者全部进行阵元激发，在该环节中，各个阵元内发射的各个波束是重叠的，这种重叠会组合成为波阵面的形式。在信号接收环节，也需要按照不同的原则延迟对于信号的处理，从而形成超声影像。

1.2超声相控阵检测关键技术

1.2.1相控声束聚焦

相控声束聚焦是检测工作开展的基础，其主要是进行超声相控阵换能器两侧相应阵元的激励性处理，并且沿着换能器阵列中心方向设置，从而可以通过增加时间延迟以实现其他阵元的激励处理，保证其按照某个曲率中心的波阵面形成。同时，根据延时间隔的调整，以保证聚焦长度符合运行的要求。利用相控发射聚焦原理分析可以发现，在聚焦发射中，根据规定的时间延迟顺序以完成阵元的激励处理，保证各个阵元都可以根据其相应的阵元时间延迟规律，逐一的完成超声波发射作业，以保证各个波阵面在媒质内部形成，然后按照相应的区域内相互抵消或者相互叠加，以获得检测的影响信息，达到使用的需要。

1.2.2相控声束偏转

声束的偏转的实现，具体就是保证波阵面可以根据规定的角度完成倾斜处理。从实际情况分析，因为其各个阵元中的相应声波与换能器在相同的平面内，并且各个平面按照某个角度来设置的，所以使得声波与换能器在相同的相位上。因此，在操作中，需要根据从左到右的顺序进行处理，间隔性的增加延迟的时间，即可对于换能器内部的所有阵元完成激励作用，保证各个倾斜角度的波阵面得以形成与使用，以达到波束方向偏转的效果，符合正常的应用标准。从这些方面出发，进行延时时间间隔的调整，保证波束方向角度符合实际检测的需要，对于后续各项工作的开展起到积极的作用。

1.2.3超声相控阵聚焦偏转延迟时间计算

超声相控阵系统内，为了能够实现波束偏转、聚焦等相控效果，获得符合人们使用需要的高清晰的图像文件，利用设置在换能器阵列内的相应阵元的信号发射、接收的延迟实现控制，从而可以达到合成后的相应波阵曲率、指向性调整，获得相应的改变和应用。从这些方面出发进行分析，相位延迟对于相控阵技术的应用极为重要，同时还能够为波束偏转、聚焦等实现以达到使用的要求，延迟符合规定标准要求。而相位延迟的调节与控制，利用延迟的调节与控制达到要求。此外，超声相控阵系统内，对于时间延迟有效的控制，也会给相位控制精度产生较大的影响，所以必须分析和控制，才能提高数据控制精度要求。因此，时间延迟控制精度可以给系统合成波束相控结果造成更加直接的影响。所以技术人员在操作中，需要对超声相控阵系统应用做出充分的分析，了解各个方面的信号，并且做好延迟时间的控制，才能实现信号发射、接收方面的控制，保证系统合理的开发与利用。超声相控阵检测环节，当前应用最为合理的方式即声束聚焦、声束偏转、声束聚焦偏转组合控制等。

2.合成孔径聚焦技术

合成孔径聚焦技术（SAFT）是目前超声检测后的处理方式，其可以进行小孔径虚拟成为大孔径的成像技术方式，这一成像技术方式的应用要求较高，具备独特性的特点，可以逐点完成聚焦处理，所以在具体的应用中，成像的分辨率与深度、位置方面并不存在任何的关系。在应用相同换能器的情况下，可以通过应用合成孔径聚焦技术获取的图像以得出最为精准的分辨率数据。当前在具体的使用中，很多的超声检测与成像技术都会对尺寸、缺陷部位实施全面的检测，都是利用声束声程、波信号幅值计算与分析得到，分析了解计算结果数据信息，以达到检测的效果和要求。当前广泛应用的方法就是把信号发射到受检对象的不连续面，然后接受反射超声回波信号，并且通过扫描后可以得到相应的检测图像信息。同时，应用矩阵把检测环节获得的各个区域空间利用回波信号存储，制作出图像文件，得出检测结果。在获取图像的过程中，存在时间延迟、缺陷、反射体信息等，并且可以最大限度内发射、接收超声波束，并且根据工作的需要合理的进行反射角度放宽。

在该检测环节中，成像分辨率的高低会受到发射换能器的角度宽度影响，这就是孔径宽度。而合成孔聚焦技术应用时，利用虚拟技术的合理应用，把换能器从小孔转化为打孔，促进分辨率的提升，数据精度也会提高。

合成孔径聚焦技术在研发之初主要是应用到雷达设备上，保密效果良好。在具体的应用时，具体就是将天线平台运动过程进行监控与管理，把发射脉冲过程中所形成的天线位置作为阵列天线的子阵元部位，然后把多个位置、时存不同的子阵元实现重新排列组合，然后即可将小孔径天线虚拟转化为大孔径天线，促进分辨率的提升。在超声波检测工作的实施环节介质内的超声波传播工作原理以及电磁波的传播原理是比较相似的。因此，进行了必要的研究之后，超声波领域内成功研发出合成孔聚焦技术实现超声检测。较之其他的超声成像技术对比分析，合成孔径聚焦技术有下述的优势：①超声检测工作实施中，如果距离比较大的检测对象，应该进行小孔径的检测，同时还要使用工作频率较低的换能器设施，以促进检测图像分辨率的提高，达到检测真实性、准确性的要求。②检测工作实施环节，检测图像重建能够根据需要实现多个图像的处理与应用，获得数字化信息，信噪比也会得到提升，图像的质量有所提高，检测数据精度也会大幅提升。③合成孔径聚焦技术应用到声场近场区完成检测工作，达到检测效果和质量的提升。

3.结语

超声检测技术代表着先进科学技术，其机体伤害小、穿透力墙、灵敏度高、适应性强、操作灵活方便，所以被大量的应用。超声检测工作实施中，可以进行各种工件与材料缺陷检测，做好各项方面性能检测。超声检测领域内，超声相控阵检测属于先进无损检测技术类型，其优势较为明显，所以大量的应用到实践中，同时与成像技术有效的融合，促进检测水平的提升，未来会有更加广阔的应用空间。

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