相控陣超聲波檢測技術(shù)的變革與進步
隨著技術(shù)的進步,勢必將影響到所有的無損檢測方法。下面我們就舉個例子,重點討論這些變革和進步是如何正在改變相控陣超聲波無損檢測技術(shù)的。
相控陣超聲波檢測技術(shù)
超聲波檢測技術(shù)通??梢酝ㄟ^六個操作步驟來概述:
● 信號生成
● 數(shù)據(jù)采集
● 信號處理
● 數(shù)據(jù)可視化
● 結(jié)果解釋
● 報告
可以近乎實時執(zhí)行的操作越多,檢驗成本效益越高。上面討論的處理能力、更高的數(shù)據(jù)傳輸速率以及電子元件小型化的進步,都直接或間接地影響到所有的這些步驟。
例如,使用超快速USB 3技術(shù)的相控陣儀器現(xiàn)在可以實現(xiàn)大于每秒160 MB的數(shù)據(jù)傳輸速率??焖賯鬏斅蚀蟠蟾纳屏嗽诰€和現(xiàn)場應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)和報告管理。
相控陣控制器的小型化特別有利于在野外使用。與此同時,更高的處理能力以及高數(shù)據(jù)傳輸速率使這些儀器能夠?qū)崿F(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集和實時數(shù)據(jù)處理,從而大大提高了現(xiàn)場應(yīng)用的檢測能力。
陣列探測器和當(dāng)前的超聲波儀器已經(jīng)允許用戶以接近生產(chǎn)速率的速度獲取大量的檢測數(shù)據(jù)。但是還必須對這些數(shù)據(jù)進行處理來創(chuàng)建圖像,并且必須對這些圖像進行分析,以提取確保質(zhì)量所需的信息并提供過程反饋。
目前的相控陣系統(tǒng)能夠產(chǎn)生由探頭測量的反射信號的振幅和/或飛行時間的2D彩色圖。一般由操作人員對結(jié)果圖像進行觀察,如果發(fā)現(xiàn)異常則通常會脫機分析該異常情況的屬性。對于自動檢測,則一般需要重新加載零件或采取更好的做法,暫停檢查過程并返回到異常區(qū)域再仔細觀察。
改善數(shù)據(jù)和圖像質(zhì)量可以幫助人們減少花費在結(jié)果解釋上的時間,將來人們或許會實現(xiàn)結(jié)果自動化解釋和報告管理。
增強信號和數(shù)據(jù)處理能力也為極大地改進分析結(jié)果和數(shù)據(jù)可視化提供了有效途徑。波傳播的數(shù)學(xué)和物理學(xué)原理目前已經(jīng)得到了很好的理解,并且已作為理論基礎(chǔ)用于信號處理、增強圖像質(zhì)量,并進一步改善對異常情況的檢測和表征。這些技術(shù)大部分都是計算密集型的,而且現(xiàn)在才開始出現(xiàn)在實時檢測系統(tǒng)中。
計算機處理能力的提高也同樣使其他各應(yīng)用領(lǐng)域受益,例如地球物理和醫(yī)學(xué)成像等。以醫(yī)學(xué)成像技術(shù)為例,今后有望在聲阻抗變化較小的情況下進一步提高成像功能。
增強處理能力后的相控陣技術(shù)實例
相控陣超聲波檢測技術(shù)的***新進展包括全新的信號處理和數(shù)據(jù)采集技術(shù)(包括全聚焦方法和表面自適應(yīng)采集等)的出現(xiàn)。這些改進都是通過增強處理能力來實現(xiàn)的,這也使得該技術(shù)能夠進行實時檢測。
前面提到的全聚焦方法當(dāng)前是利用全矩陣捕獲(FMC)數(shù)據(jù)采集模式。FMC是一種數(shù)據(jù)采集技術(shù),其中每個單獨的探頭元件會連續(xù)觸發(fā),而所有元件都接收返回的信號。對于線性探頭,獲取的結(jié)果是一個n×n的信號數(shù)據(jù)矩陣。然后利用信號處理對信號進行時間平移,以獲得在整個2D橫截面圖像和體積維度上******聚焦的高分辨率圖像。
表面自適應(yīng)采集方法是一種為解決具有復(fù)雜幾何形狀的零部件檢測而開發(fā)的技術(shù)。在這種情況下,待檢測部件表面的幾何形狀會被作為檢測的一部分進行實時測量。使用FMC采集,采用先進的全聚焦方法是需要額外考慮到表面形狀的。該方法不僅大大提高了復(fù)雜形狀的圖像分辨率,而且還解決了零部件與探頭未對準(zhǔn)和部件之間發(fā)生變化等相關(guān)的問題。
未來
開發(fā)和實施一種新的檢測策略是由檢測速度、成本和準(zhǔn)確表征異常情況(包括位置和大?。?、市場需求等多因素驅(qū)動的過程。如上所述,對檢測技術(shù)產(chǎn)生重大影響的三項技術(shù)進步是電子元件的小型化、快速的數(shù)據(jù)傳輸速率以及大大提高的計算機處理能力。這些進步提高了檢測速度,并使得新的檢測技術(shù)在降低硬件成本的同時能夠產(chǎn)生更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。
而且這只是開始,我們預(yù)計在相控陣硬件、處理能力和結(jié)果自動化解釋方面將取得更加突飛猛進的發(fā)展,進而更進一步降低檢測成本,同時為特定應(yīng)用優(yōu)化新型自動化處理解決方案。另外,將多個超聲波檢測探頭與其他傳感器一起使用的能力將大為改善,進而更好地對異常特征進行表征,并允許對該異常趨勢進行跟蹤,從而使實時過程反饋成為現(xiàn)實。