超聲波相控陣技術(shù)原理及特點(diǎn)

【摘 要】介紹將電子波相控技術(shù)與超聲波技術(shù)結(jié)合在一起產(chǎn)生的新技術(shù)，闡述其開(kāi)發(fā)目的，通過(guò)種種舉例介紹該技術(shù)優(yōu)于其它技術(shù)的地方：在其他技術(shù)只能測(cè)試個(gè)別缺陷時(shí)，它卻可以大規(guī)模的審查出錯(cuò)誤方位，甚至可以以你設(shè)定的速度對(duì)物體進(jìn)行審查。這項(xiàng)優(yōu)勢(shì)展現(xiàn)出它在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代與無(wú)數(shù)企業(yè)融合的可能。

【關(guān)鍵詞】超聲波相控陣技術(shù)；原理；特點(diǎn)

一、超聲波相控陣技術(shù)簡(jiǎn)介

這種技術(shù)的核心工作點(diǎn)在于，利用雙晶方式設(shè)計(jì)的直探頭發(fā)射超聲波的晶片，這種晶片往往是用陶瓷做的，這樣可以抵抗住超聲波的沖擊力。這個(gè)晶片運(yùn)作是有一定的條件，如果研發(fā)者們?yōu)槠湓O(shè)置的條件沒(méi)有達(dá)到它所需要的標(biāo)準(zhǔn)。那么它在這項(xiàng)技術(shù)中就無(wú)法發(fā)揮應(yīng)有的作用，無(wú)法來(lái)調(diào)節(jié)超聲波的發(fā)射方向，發(fā)射力度以及發(fā)射廣度。而一旦無(wú)法控制這些因素，超聲波會(huì)失去控制，嚴(yán)重時(shí)會(huì)傷及研究者的生命。并且這種晶片主要適用于超聲波發(fā)射頭處，這樣對(duì)超聲波的控制調(diào)節(jié)才能達(dá)到最好。由這種晶片制作的超聲波發(fā)射頭還可以阻擋超聲波的外泄，使超聲波最大程度的投射到需要檢查的物品上，這樣既能達(dá)到高效率的目標(biāo)，節(jié)約能源，又能完成高成果的目標(biāo)，準(zhǔn)確地檢測(cè)到物品內(nèi)需要維修的地方，并且將結(jié)果以圖片的形式呈現(xiàn)出來(lái)。

二、超聲波相控陣技術(shù)原理

之前，由于各方面的約束，設(shè)置的發(fā)射頭只能與一個(gè)超聲波產(chǎn)生的波束相對(duì)應(yīng)，并且由于發(fā)射頭的制作材質(zhì)容易破碎，一旦要改變之前設(shè)定好的發(fā)射路線或者是發(fā)射位置，那么這個(gè)發(fā)射頭就很容易受到新的沖擊，從而變成一堆碎片。所以之前研究的監(jiān)測(cè)儀就極其不方便，在很大程度上耗費(fèi)了過(guò)多的人力、物力以及財(cái)力。而現(xiàn)在選用的陶瓷雖然在我們看來(lái)很容易破碎，但是事實(shí)上，研究者們卻發(fā)現(xiàn)陶瓷內(nèi)有一種特殊的物質(zhì)能夠很好的抵擋超聲波的沖擊，從而能夠減少發(fā)射頭的更換次數(shù)，提高利用率。當(dāng)然這更加體現(xiàn)了這種特殊晶片的巨大作用，因?yàn)檫@種晶片能夠很好的吸附在陶瓷上。而這種晶片的體積小且質(zhì)量輕，一個(gè)發(fā)射頭上可以安裝多個(gè)晶片，而一個(gè)晶片又對(duì)應(yīng)著一個(gè)波束，這樣一來(lái)，一個(gè)發(fā)射頭所對(duì)應(yīng)的波束就有很多種。因此，使用者們就可以自由的選擇發(fā)射路線以及發(fā)射位置，且只需要一個(gè)發(fā)射頭。

在安排發(fā)射頭上的晶片排列中也蘊(yùn)含著很大學(xué)問(wèn)，如果晶片排列方式比較復(fù)雜，這就無(wú)形中增加了制作成本，并且耗費(fèi)的時(shí)間精力也會(huì)更多。研究者們發(fā)現(xiàn)，在眾多排列方式中，將晶片排列成一條直線的方式優(yōu)勢(shì)最為突出，不僅排列簡(jiǎn)單，而且在成本投入上與更復(fù)雜的方式相比資金投入少了很多。

但是上述方式只是針對(duì)一維，當(dāng)對(duì)于二維或三維的檢測(cè)時(shí)，這種排列方式也就不再適合。研究者們又發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)二維排列方式的結(jié)合或許可以對(duì)三維檢測(cè)物作出檢查。比如說(shuō)，簡(jiǎn)單的矩形排列方式與圓環(huán)形的排列方式組合，可以檢查三維空間內(nèi)的物品。但是，還是受技術(shù)限制，這種組合無(wú)法大規(guī)模地推廣。研究者們就希望在未來(lái)，能逐步實(shí)現(xiàn)這些方案，推動(dòng)我國(guó)科學(xué)研究進(jìn)一步發(fā)展。

利用這種技術(shù)制作的機(jī)器還結(jié)合了PRF這項(xiàng)技術(shù)。只有結(jié)合這項(xiàng)技術(shù)，機(jī)器才能及時(shí)的接收超聲波傳回來(lái)的信息，并且經(jīng)過(guò)內(nèi)部分析將信息以數(shù)據(jù)圖畫(huà)的方式呈現(xiàn)出來(lái)，不需要安排特定的人員對(duì)原信息進(jìn)行破解。并且機(jī)器自身還能適時(shí)的調(diào)節(jié)時(shí)間，對(duì)于緊急數(shù)據(jù)能夠較快的分析破解，這樣就大幅度的縮短了時(shí)間。

三、超聲波相控陣技術(shù)的特點(diǎn)

（一）檢查正確度的提高。由這種特殊晶片所傳送出的波束能夠通過(guò)自行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)被檢測(cè)物體的缺陷，并且根據(jù)缺陷的大小，種類(lèi)等自行轉(zhuǎn)換一種更加準(zhǔn)確的方式，更細(xì)致的再收集有關(guān)缺陷的信息，為研究者修復(fù)缺陷提供最為精準(zhǔn)的信息。這樣就降低了人工對(duì)修復(fù)工作的影響度，使研究者在修復(fù)時(shí)能夠更加客觀的作出選擇，避免出現(xiàn)對(duì)缺陷認(rèn)識(shí)不完整而制定錯(cuò)誤的方案。

（二）前面就已經(jīng)提到過(guò)，根據(jù)新研究所制作的發(fā)射頭是由多個(gè)晶片組成的，這樣一來(lái)，一個(gè)發(fā)射頭就能對(duì)檢測(cè)物體進(jìn)行多個(gè)方面的檢查，避免發(fā)生物體有哪些方面沒(méi)有檢測(cè)到的情況，因此提高了檢測(cè)完整度。并且由于這個(gè)發(fā)射頭使用的是適合超聲波束的陶瓷，所以有關(guān)超聲波速度過(guò)快，產(chǎn)生的沖擊過(guò)大而破壞發(fā)射頭的情況一般不會(huì)出現(xiàn)，這樣就能提高發(fā)射頭的適用度，使機(jī)器的運(yùn)用更加普遍。并且還可以根據(jù)當(dāng)時(shí)的緊急情況調(diào)整波束的速度，盡可能快的檢測(cè)完物體，提高效率。

（三）因?yàn)闄C(jī)器可以多方面的檢測(cè)物體，所以會(huì)最大程度的收集信息，而研究者接收到詳細(xì)的信息，就可以正確地分析物體出現(xiàn)錯(cuò)誤的原因，并且它還可以用圖像來(lái)表現(xiàn)它所收集到的信息。舉個(gè)例子，就檢查一條焊工焊制的連接線，為了保證連接線沒(méi)有任何的縫隙，所以每個(gè)波束之間的距離就要盡可能的縮短。如果使用以前的監(jiān)測(cè)器檢測(cè)一條長(zhǎng)十厘米的連接線可能要大概一百臺(tái)機(jī)器進(jìn)行檢測(cè)。而現(xiàn)在新型機(jī)器就不用這么麻煩，使用者可以根據(jù)連接線的長(zhǎng)短來(lái)編寫(xiě)機(jī)器中安裝晶片的模式，以及計(jì)算所需要的晶片數(shù)量，這樣僅僅一臺(tái)機(jī)器就可以完成一百臺(tái)機(jī)器完成的工作。

總結(jié)

這種新技術(shù)依舊沿襲著它的本質(zhì)，研究者在利用它時(shí)并沒(méi)有改變它的特性，他們恰恰是根據(jù)它這種獨(dú)特的性質(zhì)與其他物質(zhì)的相關(guān)聯(lián)系，才研究出這項(xiàng)新技術(shù)的。這樣不僅更大程度上發(fā)揮了它自己本身的作用，又表現(xiàn)了它與其他物質(zhì)高度的合作性，為之后研究者進(jìn)一步開(kāi)發(fā)超聲波使用的領(lǐng)域提供了更多的方案。

作者簡(jiǎn)介：閆軍帥（1990-），男，籍貫，山東濱州，研究方向：工程、X射線機(jī)、相控陣超聲波、聲發(fā)射、TOFD、無(wú)損檢測(cè)NDT的研究。

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