可攜式超聲相控陣檢測成像儀的製作方法

2023-10-11 18:36:34

專利名稱：可攜式超聲相控陣檢測成像儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及超聲檢測技術，具體說就是一種可攜式超聲相控陣檢測成像儀。
(二)
背景技術：
現有的超聲檢測技術雖然已作為一種成熟的無損檢測技術廣泛用於工業生產各 個部門，但目前的超聲檢測方法還存在以下問題操作複雜，使用不方便。現有的工業用探 傷儀多為單探頭探傷儀，為了全面檢查工件，就必須手工操作或用機械操作進行掃描；單探 頭超聲手工操作勞動強度大，而機械掃描裝置複雜，並對複雜形狀的工件無能為力，檢測可 靠性差。單探頭探傷儀無法進行實時掃描，對工件內部也不能做詳細的檢查，致使很難對缺 陷進行定量評價，更難判斷缺陷的形狀和性質；檢測結果直觀性差，對操作人員要求很高。 現有的探傷儀特別是A掃探傷儀，缺乏檢測結果的圖像化處理，缺陷的判定依靠操作人員 的經驗，不能直觀的顯現缺陷形狀，容易造成判斷的失誤。 超聲相控陣檢測成像技術的出現成功的解決了這些問題。與傳統手動超聲檢測相 比，超聲相控陣檢測成像技術在檢測速度、缺陷定量、準確性及降低作業強度等方面有著明 顯的優越性。由於聲束角度可控及實現動態聚焦，超聲相控陣技術具有可檢測複雜構件和 盲區位置缺陷和較高的檢測頻率等特點，可實現高速、全方位和多角度檢測。對於一些規則 的被檢測對象，如管形焊縫、板材和管材等，超聲相控陣技術可提高檢測效率、簡化設計、降 低技術成本。特別是在焊縫檢測中，採用合理的相控陣檢測技術，只需將換能器沿焊縫方向 掃描即可實現對焊縫的覆蓋掃查檢測。 近年來，超聲相控陣檢測技術因其獨特的優點引起國際無損檢測領域的高度重 視。將超聲相控陣技術與計算機成像技術相結合，對構件內部具有極好的實時成像能力， 超聲圖像可以提供直觀和大量的信息，準確檢測出物體中的缺陷，並確定其位置、大小和性 質。因此，超聲相控陣檢測技術作為現代定量無損檢測的新技術，在工業和工程檢測評估領 域的應用具有明顯的優勢。 目前，國外的超聲相控無損探傷已經發展到了一個比較成熟的階段，國外的公司 已經生產出 一些可攜式超聲相控陣產品，這些可攜式檢測設備可適用於野外檢測和現場檢 測，攜帶方便，應用性較強。在這方面，國內還沒有類似的儀器產品問世，可攜式超聲相控陣 產品的研究現在正成為一個熱點問題。
(三)

發明內容
本發明的目的在於提供一種具有簡單、方便、自然的人機互動性、工程應用性強的 可攜式超聲相控陣檢測成像儀。 本發明的目的是這樣實現的所述的可攜式超聲相控陣檢測成像儀，它是由觸摸 屏1、計算機2、超聲相控陣電路系統3和超聲相控陣探頭4和檢測成像軟體組成的。觸摸 屏l連接計算機2，計算機2通過數據總線連接超聲相控陣電路系統3，觸控螢幕1、計算機2、 超聲相控陣電路系統3三者集成一體，構成儀器主體5，通過電纜外接超聲相控陣探頭4，檢測成像軟體安裝在計算機2上。
本發明還有以下技術特徵 (1)所述的超聲相控陣探頭4由多晶片陣元組構成，是線性陣列換能器或相控陣 列換能器。 (2)所述的超聲相控陣電路系統3包括主控板6、超聲觸發/接收板7，超聲觸發/ 接收板7分別連接主控板6和超聲相控陣探頭4。 (3)所述的檢測成像軟體通過觸控螢幕1設置各種功能參數，根據檢測實際需求，提 供多種檢測算法。並由計算機2給出指令，超聲相控陣電路系統3控制超聲相控陣探頭4 發射接收聲波信號，並實時數據採集，提供多種缺陷圖像顯示方式。 本發明可攜式超聲相控陣檢測成像儀，可用於手工檢測，可獲得缺陷的A掃、B掃 或S掃描圖像。也可與一個或兩個自由度的掃查器相連，並將超聲探頭安裝在掃查器的夾 具上，用於工業領域的自動無損探傷，可獲得缺陷的A、B、C三種掃描圖像。由於使用觸控螢幕 作為計算機輸入設備，使得超聲相控陣檢測成像儀具有簡單、方便、自然的人機互動性，工 程應用性強，非常適用於工業領域的無損探傷。
(四)


圖1為本發明的結構原理圖；
圖2為本發明的縱波檢測實施圖；
圖3為本發明的橫波檢測實施圖；
圖4為本發明的自動掃查實施圖。
(五)
具體實施例方式
下面結合附圖舉例對本發明作進一步說明。 實施例1 :結合圖l，本發明可攜式超聲相控陣檢測成像儀，它是由觸控螢幕(1)、計 算機(2)、超聲相控陣電路系統(3)和超聲相控陣探頭(4)和檢測成像軟體組成的。觸控螢幕 (1)連接計算機(2)，計算機(2)通過數據總線連接超聲相控陣電路系統(3)，觸控螢幕(1)、 計算機(2)和超聲相控陣電路系統(3)三者集成一體，構成儀器主體(5)，通過電纜外接超 聲相控陣探頭(4)，檢測成像軟體安裝在計算機上。
本發明還有以下技術特徵 所述的超聲相控陣探頭(4)由多晶片陣元組構成，是線性陣列換能器或相控陣列 換能器，可安裝在楔塊上，通過耦合劑放置在被檢工件表面進行無損探傷。
所述的超聲相控陣電路系統(3)包括主控板(6)、超聲觸發/接收板(7)，超聲觸 發/接收板(7)分別連接主控板(6)和超聲相控陣探頭(4)。 所述的檢測成像軟體通過觸控螢幕對軟體界面菜單參數進行設置，主要設置探頭 和楔塊的結構和數據參數；設置檢測工件對象、校準等各項檢測參數；設置各種掃描方式 的陣元組合方式、聚焦方式、聚焦類型等參數；設置圖像顯示方式；設置超聲檢測的常規參 數，如閘門，脈衝重複頻率等參數；根據實際檢測需求，完成檢測算法配置；並通過觸控螢幕 對軟體界面的控制按鈕進行操作，主要對增益範圍、視圖顯示、圖像縮放、顯示凍結及光標 移動等項進行控制。
計算機(2)將檢測算法配置給超聲相控陣電路系統(3)，超聲相控陣電路系統(3) 根據檢測算法控制超聲相控陣探頭(4)發射接收聲波，完成對缺陷的無損檢測，並將數據 送給計算機(2)。缺陷圖像以A、B、C、S四種掃描成像方法顯示，並可進行缺陷圖像分析，自 動生成缺陷報告。
實施例2 : 結合圖2，本發明由觸控螢幕(1)、計算機(2)、超聲相控陣電路系統(3)、超聲相控陣 探頭(4)和檢測成像軟體組成。其中觸控螢幕(1)、計算機(2)及超聲相控陣電路系統(3)三 者集成一體，構成儀器主體(5)，外接超聲相控陣探頭(4)。 在本實施中，選用工作頻率2. 25MHz，64陣元的超聲線陣探頭與儀器相連。超聲相
控陣電路系統性能如表1所示，由一個主控板及兩個超聲觸發/接收板組成，每塊超聲觸發
/接收板能均能實現8路信號的觸發和回波信號的採集。系統中，每4個相控陣元通過切換
控制共用信號處理通道。 表1實施例2電路系統性能參數
參數性能
通道數16
工作頻率2.25 薩Hz
陣元電丌(50 80V
動態範圍80dB
延吋粘度lns
脈衝延吋範,0us 65 us
接收延時範圍0us 16000 us
A/D釆樣頻率62.5MHz
信號放大帶寬650kHz 20 MHz
最大脈衝重複頻率2KHz
通訊埠USB2. O(兼容USB1. 1) 結合圖2，由於採用縱波檢測工件的缺陷，將超聲相控陣探頭(4)安裝在楔塊(8) 上，並用耦合劑與工件(9)相耦合，在該實施例中，探傷人員在工件(9)表面手動操作超聲 相控陣探頭(4)進行探傷。採用16個陣元作為子陣進行線性掃描，偏轉角度45。，子陣步 進0. 5個陣元， 一共發射了 98組聲束，在儀器屏幕上可實時得到各聲束的A掃曲線及圖2 所示區域的缺陷B掃描圖像。在本實施例中採用縱波探傷時，還可以進行扇形掃描檢測；在 本實施例中採用縱波探傷時，也可不使用楔塊，直接通過耦合劑與工件表面接觸進行探傷。
實施例3 : 結合圖3，本實施例中選用工作頻率5MHz，32陣元的超聲相控陣探頭(4)與儀器相 連。超聲相控陣電路系統(3)性能如表2所示，由一個主控板及四個超聲觸發/接收板組 成，每塊超聲觸發/接收板能均能實現8路信號的觸發和回波信號的採集。系統中，每2個 相控陣元通過切換控制共用信號處理通道。
表2實施例3電路系統性能參數
參數性能
通道數32
工作頻率2.25 麵Hz
陣元屯壓50 80V
動態範圍80dB
延時精度Ins
脈衝延時範圍0us~65 us
接收延吋範剛0us 16000 us
A/D釆樣頻率50MIIz
信號放火帶寬650kl-Iz 20 MHz
最大脈衝重複頻率2KHz
通訊埠USB2. O(兼容USB1. 1) 結合圖3，由於採用橫波檢測工件的缺陷，將探頭安裝在楔塊8上用于波型轉換， 並用耦合劑與工件(9)相耦合。在該實施例中，探傷人員在工件(9)表面手動操作超聲相 控陣探頭(4)進行探傷，採用32個陣元進行扇形掃描，角度變化範圍在30° 60°間，角 度間隔T ，一共發射了61組聲束，在儀器屏幕上可實時得到各聲束的A掃曲線及圖3所示 區域的缺陷S掃描圖像。在本實施例中採用橫波探傷時，還可以進行線性掃描檢測。
實施例4 : 結合圖4，在本實施中，選用工作頻率7. 5MHz， 128陣元的超聲相控陣探頭。超聲
相控陣電路系統性能如表3所示，由一個主控板及四個超聲觸發/接收板組成，每塊超聲觸
發/接收板能均能實現8路信號的觸發和回波信號的採集。系統中，每4個相控陣元通過
切換控制共用信號處理通道。 表3實施例4電路系統性能參數
參數性能
通道數32 .
工作頻率2.25 10MHz
陣元電壓50 80V
動態範圍80dB
延時精度Ins
脈衝延時範圍0us 65 us
接收延時範閨0us~16000 us
A/D採樣頻率00MHz
信號放大帶寬650kHz 20 MHz
最大脈衝重複頻率2KHz
通訊埠USB2.(兼容USI31. 1) 結合圖4，由於採用橫波檢測工件的缺陷，將超聲相控陣探頭(4)安裝楔塊(8)上， 並用耦合劑與工件(9)進行耦合。在該實施例中，掃查器(10)夾住超聲相控陣探頭(4)在 工件(9)表面進行自動探傷，採用32個陣元進行線性掃描，偏轉角度50° ，步進1個陣元， 一共發射了 97組聲束，在儀器屏幕上可實時得到各聲束的A掃曲線及圖4所示區域的缺陷 B掃描圖像和C掃描圖像。超聲相控陣自動探傷也可採用扇形掃描組合，或者線性掃描和扇 形掃描的組合進行自動探傷。
權利要求
可攜式超聲相控陣檢測成像儀，它是由觸控螢幕(1)、計算機(2)、超聲相控陣電路系統(3)和超聲相控陣探頭(4)和檢測成像軟體組成，其特徵在於觸控螢幕(1)連接計算機(2)，計算機(2)通過數據總線連接超聲相控陣電路系統(3)，觸控螢幕(1)、計算機(2)及超聲相控陣電路系統(3)三者集成一體，構成儀器主體(5)，通過電纜外接超聲相控陣探頭(4)，檢測成像軟體安裝在計算機(2)上。
2. 根據權利要求1所述的可攜式超聲相控陣檢測成像儀，其特徵在於所述的超聲相 控陣探頭(4)由多晶片陣元組構成，是線性陣列換能器或相控陣列換能器。
3. 根據權利要求1所述的可攜式超聲相控陣檢測成像儀，其特徵在於所述的超聲相 控陣電路系統(3)包括主控板(6)、超聲觸發/接收板(7)，超聲觸發/接收板(7)分別連 接主控板(6)和超聲相控陣探頭(4)。
4. 根據權利要求1所述的可攜式超聲相控陣檢測成像儀，其特徵在於檢測成像軟體 通過觸控螢幕(1)設置各種功能參數，根據檢測實際需求，提供多種檢測算法。由計算機(2) 給出指令，超聲相控陣電路系統(3)控制超聲相控陣探頭(4)發射接收聲波信號，進行實時 數據採集，提供多種缺陷圖像顯示方式。
全文摘要
本發明提供一種具有簡單、方便、自然的人機互動性、工程應用性強的可攜式超聲相控陣檢測成像儀。它是由觸控螢幕、計算機、超聲相控陣電路系統、超聲相控陣探頭和檢測成像軟體組成的。觸控螢幕連接計算機，計算機通過數據總線連接超聲相控陣電路系統，觸控螢幕、計算機、超聲相控陣電路系統三者集成一體，構成儀器主體，通過電纜外接超聲相控陣探頭，檢測成像軟體安裝在計算機上。本發明可用於手工檢測，可獲得缺陷的A掃、B掃或S掃描圖像。也可與一個或兩個自由度的掃查器相連，並將超聲探頭安裝在掃查器的夾具上，用於工業領域的自動無損探傷，可獲得缺陷的A、B、C三種掃描圖像。非常適用於工業領域的無損探傷。
文檔編號G01N29/04GK101726540SQ200910073490
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月23日 優先權日2009年12月23日
發明者單寶華, 王 華 申請人:哈爾濱工業大學