超声相控阵检测技术的发展及应用

超声相控阵是近年来发展起来的一门新的工业无损检测技术,通过对各阵元的有序激励可得到灵活的偏转及聚焦声束,联合线性扫查、扇形扫查、动态聚焦等独特的工作方式,使其比传统超声检测具有更快的检测速度与更高的灵敏度,成为目前无损检测领域的研究热点之一。介绍了超声相控阵的检测原理及特点,综述了其国内外发展及研究现状,总结了目前超声相控阵研究热点及发展趋势,最后以汽轮机叶轮轮缘裂纹的检测和焊缝的检测为例,介绍了超声相控阵在实际工程中的应用。     

超声相控阵技术在锅炉受热面小径管检测中的应用

根据超声相控阵技术原理,制订小径管对接焊缝相控阵检测工艺,对内蒙古地区火电厂锅炉受热面典型规格小径管试样管进行超声相控阵和X射线检测试验,并对比分析2种检测方法的评定结果。由检测结果对比可知,在缺陷检出率和缺陷参数测量方面,超声相控阵检测比X射线检测更具优势,同时超声相控阵检测具有环保、直观、检测效率高等优点。     

超声相控阵检测声场的有限元仿真建模及其试验验证

超声相控阵技术复杂的叠加声场及其影响因素限制了超声相控阵技术的工程应用,建立检测过程的数值模型对于分析和理解检测过程具有积极作用。采用有限元方法仿真超声相控阵检测过程,分析建模参数的影响及其优化方法,基于优化后的有限元模型开展检测声场分析及试验验证工作。研究结果显示,调整网格尺寸、模拟载荷采样率、载荷子步可获得结果准确且计算效率高的有限元模型;基于有限元模型的声场分析结果与试验结果具有较好的一致性,有限元模型可用于指导换能器参数的优化配置。     

复合绝缘子内部缺陷的超声相控阵检测的仿真研究

利用超声相控阵对高压输电线路中复合绝缘子内部缺陷的带电检测,分辨率高、检测速度快,为了了解相控阵超声检测复合绝缘子内部缺陷的性能,优化相控阵超声探头参数和扫查方法,利用Field-Ⅱ进行仿真,研究了对相控阵超声探头声场分布,以及复合绝缘子超声相控阵检测中单焦点扫描、动态聚焦扫描、幅度变迹技术对成像质量的影响,根据仿真结果,选取了合适的相控阵探头参数及扫描方式,为超声相控阵仪器的设计提供了依据。     

转轮焊缝相控阵超声检测工艺研究

针对常规超声检测方法在进行三维多变断面转轮焊缝检测时存在的局限性,介绍了相控阵超声检测技术的特点。根据转轮焊缝容易出现的缺陷类型制作了模拟试块,设计超声相控阵检测工艺并进行检测,对检出缺陷进行常规超声检测验证。结果表明,超声相控阵技术可明显提高检测效率及检出能力,但对位向不好的层间未熔合,仍需配合直探头在焊缝弧面进行补充检测。     

钛合金疲劳裂纹的线性和非线性 超声综合定量检测技术

钛合金航空部件的低周疲劳裂纹在常规线性超声检测技术中易被低估,是飞机服役的安全隐患。针对上述问题开展了钛合金疲劳裂纹的非线性超声调制检测及其定量技术研究,提出了钛合金疲劳裂纹的线性和非线性超声综合检测方法。首先,通过金相法和线性超声相控阵检测技术对疲劳裂纹进行定量检测;其次,搭建了抗干扰能力强的非线性超声调制检测系统并设计了传感器布置方法;最后,基于声场分布分析提出疲劳裂纹的非线性超声调制定量方法,并将其定量检测结果与超声相控阵检测技术相对比。研究结果表明,超声相控阵方法测量的宏观裂纹长度为12 mm,而非线性超声方法测量的微裂纹延伸至距窄槽端部20 mm处,非线性调制检测技术在检测微裂纹和闭合裂纹具有显著优势。     

自动超声检测技术在换热器上的应用

基于TOFD和相控阵超声检测技术的可记录式自动超声检测,具有快速、高效、检出率高的特点,适用于在制阶段换热器对接接头的全体积检测,越来越多地替代射线检测。简单介绍了自动超声检测的原理、特点和相关标准,并结合换热器结构特点对其实际应用进行了讨论。     

等高度聚焦算法的超声相控阵检测技术

超声相控阵检测技术通过控制阵列晶片激发声波的延迟时间,改变声波到达物体某点的相位关系,实现声束的偏转和聚焦,从而在不移动探头位置的条件下得到整个检测物体的清晰成像,具有非接触、穿透能力强、灵敏度高等优势,在工业探伤、结构缺陷检测等领域具有广泛应用。在研究超声相控阵技术原理的基础上,设计了基于一维线性阵列探头的等高度聚焦算法,并用该算法在搭建的超声相控阵检测系统上对B型相控阵标准试块进行了扇形扫查,得到了均匀一致、高分辨率的实时成像,最小可分辨半径1 mm的横通孔,探测深度100 mm。     

超声相控阵与TOFD检测技术测试结果对比分析

采用超声相控阵检测技术、TOFD检测技术和常规A型脉冲超声波检测技术对带有不同缺陷的模拟试块进行检测试验.通过试验对比可知,超声相控阵检测技术、TOFD检测技术与常规A型脉冲超声波检测技术能有效检测裂纹、未焊透、夹渣缺陷;超声相控阵检测技术更直观,可实现对缺陷的可记录检测,对缺陷定位、定量准确;TOFD检测技术利用衍射...     

插入式管座角焊缝相控阵超声检测技术研究

通过模拟仿真优化相控阵超声波在实际管座角焊缝中的传播路径,实现声波传播路径的可视化,根据检测对象参数确定探头形状,设计了相控阵超声检测探头和试块,制定了管座角焊缝的相控阵超声检测工艺,并在某电站锅炉管座角焊缝检测中进行了应用,提高了相控阵超声检测的可靠性,有效地保证锅炉的安全运行。     

不等厚复合构件的相控阵超声脱粘检测技术研究

针对不等厚金属非金属复合构件的特点,提出了采用相控阵超声检测方式对该构件界面进行脱粘检测的方法.分别采用普通聚焦探头和相控阵探头对不等厚试块进行了脱粘检测实验,采用软件延时技术对相控阵检测实验数据按聚焦规律进行合成,得到相控阵检测方式的C扫描友度图和二值化图,并计算了脱粘区域的位置和面积,检测结果与普通聚焦探头相比,可...     

超声相控阵传感器阵元间串扰源分析及其隔离方法

通过研究超声相控阵探头阵元间串扰机理及串扰隔离方法提高近表面检测能力。 基于数值仿真技术分析了安装楔块 前后阵元间超声波串扰对检测信号及检测声场的影响,分析探头楔块对于隔离阵元间超声波串扰与近表面缺陷检测信号的作 用。 提出楔块优化方案,并通过试验方法对其进行验证。 结果显示,数值模型可直观显示阵元间的超声波串扰,提出的楔块优 化方案可将时域上的阵元间串扰信号与近表面检测信号相互隔离。 优化楔块后的相控阵探头可对深度 2 mm、直径 0. 3 mm 平 底孔进行成像检测,近表面缺陷检测能力显著提高。     

电力变压器局部放电定位方法的现状及发展

概括论述了电力变压器局部放电定位的现状,对超声定位、电气定位、超高频定位、相控阵定位等局部放电定位方法进行了分析、探讨和阐述.     

复合绝缘子内部缺陷的超声相控阵检测研究

为消除复合绝缘子内部缺陷对电网运行安全造成的隐患,针对小管径复合绝缘子缺陷检测,提出了一种基于超声相控阵的柔性水囊耦合检测方法。该方法采用硅橡胶薄膜与耦合装置实现了良好超声耦合,分别对平面硅橡胶、复合绝缘子护套与芯棒进行了检测实验。实验结果表明,对平面硅橡胶线性扫描优于扇形扫描,能够检测到0.8 mm的微小缺陷,为复合绝缘子伞群超声缺陷检测提供了新方法。对复合绝缘子护套和芯棒,扇形扫描优于线性扫描,护套最小可检测缺陷尺寸达到0.8 mm,芯棒达到1 mm,为复合绝缘子的在线检测提供了可能。     

再热器顶棚穿墙管焊缝裂纹相控阵检测

分析再热器顶棚穿墙管焊缝裂纹产生的原因,选择合理的检测方法,制定相控阵检测工艺对穿墙管焊缝进行检测,并对检测结果进行分析和验证。结果表明,相控阵技术在穿墙管焊缝裂纹检测方面具有明显的技术优势,有利于缺陷的识别和判定。     

基于超高频和超声波相控接收原理的油中局部放电定位法仿真研究

提出一种基于超高频和超声波相控接收阵的局部放电定位法。该方法以分别检测局部放电产生的超高频和超声波信号的相控接收阵构成平面传感器,以超高频相控接收阵检测到的局部放电超高频电磁波信号作为时间基准,由此得出接收到的超声波信号的时延,进而计算出放电点与传感器间的距离;再根据相控阵扫描的方位角和仰角,与算出的距离一起就可得出局部放电源的几何位置。多个空间位置不同的局部放电,其产生的最大信号所处的对应于空间角度的波束阵列的位置不同,相对于同一采样起始点的时间基准不同,而且时间间隔也不同,因此还可实现多局放源的定位。对这一设想进行仿真研究,结果表明该方法能对油中局部放电进行较精确的定位,并可较好地解决多局放点定位问题。     

Research on magnetron phased array with mutual injection locking for space solar power satellite/station

The SPS (Space Solar Power Satellite/Station) will be a clean base‐load power station in space. It will be the largest space system ever built and will require a high‐efficiency, large‐size, highly accurate, lightweight, inexpensive phased array in order to transmit energy generated in space to the ground. We have proposed and developed a phase‐controlled magnetron (PCM) with injection locking and PLL technique for the high‐efficiency, lightweight, inexpensive phased array. It still has several weak points: (1) approximately 10% power loss occurs at the circulator for injection locking, (2) phase shifter is needed in each PCM for the phased array. In order to correct the weak points, we propose a magnetron phased array with mutual injection locking. For the magnetron phased array, we only use two PCMs with phase shifters; the other components are self‐oscillated and mutual injection locked magnetrons. In this paper, we propose a new formula for use with the magnetron phased array with mutual injection locking. We also present the results of experiments on beam direction control with the magnetron phased array with mutual injection locking. 2010 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 173(2): 21–32, 2010; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20998