Ультразвук с фазированной решеткой

Ультразвук с фазированной решеткой ( ПА ) – это передовой метод ультразвукового контроля , который находит применение в медицинской визуализации и промышленном неразрушающем контроле . Обычными применениями являются неинвазивное исследование сердца или поиск дефектов в изготовленных материалах, таких как сварные швы . Одноэлементные ( несфазированные решетки ) зонды , технически называемые монолитными зондами, излучают луч в фиксированном направлении. Чтобы протестировать или исследовать большой объем материала, обычный зонд необходимо физически сканировать (перемещать или поворачивать), чтобы провести луч через интересующую область. Напротив, луч зонда с фазированной решеткой можно сфокусировать и развернуть электронным способом, не перемещая зонд. Луч можно контролировать, поскольку зонд с фазированной решеткой состоит из множества небольших элементов, каждый из которых может подавать импульсы индивидуально с рассчитанным компьютером временем. Термин поэтапный относится к времени, а термин массив относится к множеству элементов. контроль с фазированной решеткой Ультразвуковой основан на принципах волновой физики , которые также находят применение в таких областях, как оптика и электромагнитные антенны .

Принцип работы

Зонд PA состоит из множества небольших ультразвуковых преобразователей , каждый из которых может генерировать импульсы независимо. Изменяя время, например, путем постепенной задержки импульса от каждого преобразователя при движении вверх по линии, создается структура конструктивной интерференции, которая приводит к излучению квазиплоского ультразвукового луча под заданным углом в зависимости от прогрессивной временной задержки. Другими словами, изменяя прогрессивную задержку, лучом можно управлять электронно. Его можно провести, как прожектор, через исследуемую ткань или объект, а данные нескольких лучей объединяются для создания визуального изображения, показывающего срез объекта.

Использование в промышленности

Фазированная решетка широко используется для неразрушающего контроля (НК) в ряде отраслей промышленности, таких как строительство , трубопроводы и энергетика . Этот метод представляет собой усовершенствованный метод неразрушающего контроля, который используется для обнаружения несплошностей, т.е. трещин или дефектов, и тем самым определения качества компонента. Благодаря возможности контролировать такие параметры, как угол луча и фокусное расстояние, этот метод очень эффективен с точки зрения обнаружения дефектов и скорости тестирования. ^[1] Помимо обнаружения дефектов в компонентах, фазированную решетку можно также использовать для измерения толщины стенок в сочетании с испытаниями на коррозию . ^[2]^[3] Фазированная решетка может быть использована для следующих промышленных целей:

Контроль сварных швов ^[4]
Измерения толщины
Проверка коррозии
Блоки проверки/демонстрации PAUT ^[5]
Проверка подвижного состава (колеса и оси)
Стандартные калибровочные блоки PAUT и TOFD

Функции

Метод, наиболее часто используемый для медицинского УЗИ .
Несколько элементов зонда создают управляемый и сфокусированный луч. ^[6]
Размер фокусного пятна зависит от активной апертуры зонда (A), длины волны ( λ ) и фокусного расстояния (F). ^[7] Фокусировка ограничена ближним полем зонда с фазированной решеткой.
- ${\text{Focal spot size}}=F\lambda /A$
- ${\text{Near Field}}=A^{2}/4\lambda$
Создает изображение, показывающее срез объекта.
По сравнению с обычными одноэлементными системами ультразвукового контроля приборы и датчики PA более сложны и дороги.
В промышленности техникам PA требуется больше опыта и подготовки, чем обычным специалистам UT.

Стандарты

Европейский комитет по стандартизации (CEN)

prEN 16018, Неразрушающий контроль. Терминология. Термины, используемые при ультразвуковом контроле с фазированными решетками.
ISO/WD 13588, Неразрушающий контроль сварных швов. Ультразвуковой контроль. Использование (полу)автоматической технологии фазированных решеток.

См. также

Фазированная решетка (общая теория и электромагнитная связь).
Оптика с фазированной решеткой

Ссылки

^ Коррозия при проверке опоры трубы. Проверено 13 июля 2012 г.
^ Фазированная решетка (PA). Проверено 13 июля 2012 г.
^ Картирование коррозии с помощью ультразвука с фазированной решеткой. Саммит и выставка API Inspection 2011. Проверено 13 июля 2012 г.
^ ASTM, E2700 (2012). Неразрушающий контроль, том 3.03, Контактный ультразвуковой контроль сварных швов с использованием фазированных решеток . Коншохокен, Пенсильвания: Американское общество по испытанию материалов. стр. 1536–44. ISBN 978-0-8031-8729-0 . {{cite book}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
^ «Техника дефектов Нде» .
^ ASTM, E2491 (2012). Неразрушающий контроль, том 3.03, Оценка характеристик фазированных решеток приборов и систем ультразвукового контроля с фазированной решеткой . Коншохокен, Пенсильвания: Американское общество по испытанию материалов. стр. 1358–75. ISBN 978-0-8031-8729-0 . {{cite book}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
^ Бирринг, Анмол (сентябрь 2008 г.). «Выбор параметров фазированной решетки для контроля сварных швов». Оценка материалов .

Книги

Нормы ASME по котлам и сосудам под давлением . Американское общество инженеров-механиков, 2013. Раздел V — Неразрушающий контроль . [См. Статью 4 — Ультразвуковые методы контроля сварных швов . Пункт E-474 Техника фазированной решетки UT ]

Внешние ссылки

FOCUS — быстрый объектно-ориентированный симулятор ультразвука на C++ [процедуры MATLAB для создания и моделирования фазированных решеток]
Анимированный симулятор фазированной решетки [требуется регистрация после 5 минут использования]
Учебное пособие по фазированной решетке Образовательный ресурс от Olympus

[1] Коррозия при проверке опоры трубы. Проверено 13 июля 2012 г.

[2] Фазированная решетка (PA). Проверено 13 июля 2012 г.

[3] Картирование коррозии с помощью ультразвука с фазированной решеткой. Саммит и выставка API Inspection 2011. Проверено 13 июля 2012 г.

[4] ASTM, E2700 (2012). Неразрушающий контроль, том 3.03, Контактный ультразвуковой контроль сварных швов с использованием фазированных решеток . Коншохокен, Пенсильвания: Американское общество по испытанию материалов. стр. 1536–44. ISBN 978-0-8031-8729-0 . {{cite book}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )

[5] «Техника дефектов Нде» .

[6] ASTM, E2491 (2012). Неразрушающий контроль, том 3.03, Оценка характеристик фазированных решеток приборов и систем ультразвукового контроля с фазированной решеткой . Коншохокен, Пенсильвания: Американское общество по испытанию материалов. стр. 1358–75. ISBN 978-0-8031-8729-0 . {{cite book}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )

[7] Бирринг, Анмол (сентябрь 2008 г.). «Выбор параметров фазированной решетки для контроля сварных швов». Оценка материалов .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]