專利名稱：便攜式超聲相控陣檢測成像儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲檢測技術(shù)，具體說就是一種便攜式超聲相控陣檢測成像儀。
(二)
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的超聲檢測技術(shù)雖然已作為一種成熟的無損檢測技術(shù)廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)各 個部門，但目前的超聲檢測方法還存在以下問題操作復(fù)雜，使用不方便?，F(xiàn)有的工業(yè)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，而機械掃描裝置復(fù)雜，并對復(fù)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(nèi)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(zhì)；檢測結(jié)果直觀性差，對操作人員要求很高。 現(xiàn)有的探傷儀特別是A掃探傷儀，缺乏檢測結(jié)果的圖像化處理，缺陷的判定依靠操作人員 的經(jīng)驗，不能直觀的顯現(xiàn)缺陷形狀，容易造成判斷的失誤。 超聲相控陣檢測成像技術(shù)的出現(xiàn)成功的解決了這些問題。與傳統(tǒng)手動超聲檢測相 比，超聲相控陣檢測成像技術(shù)在檢測速度、缺陷定量、準確性及降低作業(yè)強度等方面有著明 顯的優(yōu)越性。由于聲束角度可控及實現(xiàn)動態(tài)聚焦，超聲相控陣技術(shù)具有可檢測復(fù)雜構(gòu)件和 盲區(qū)位置缺陷和較高的檢測頻率等特點，可實現(xiàn)高速、全方位和多角度檢測。對于一些規(guī)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(shù)可提高檢測效率、簡化設(shè)計、降 低技術(shù)成本。特別是在焊縫檢測中，采用合理的相控陣檢測技術(shù)，只需將換能器沿焊縫方向 掃描即可實現(xiàn)對焊縫的覆蓋掃查檢測。 近年來，超聲相控陣檢測技術(shù)因其獨特的優(yōu)點引起國際無損檢測領(lǐng)域的高度重 視。將超聲相控陣技術(shù)與計算機成像技術(shù)相結(jié)合，對構(gòu)件內(nèi)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，并確定其位置、大小和性 質(zhì)。因此，超聲相控陣檢測技術(shù)作為現(xiàn)代定量無損檢測的新技術(shù)，在工業(yè)和工程檢測評估領(lǐng) 域的應(yīng)用具有明顯的優(yōu)勢。 目前，國外的超聲相控無損探傷已經(jīng)發(fā)展到了一個比較成熟的階段，國外的公司 已經(jīng)生產(chǎn)出 一些便攜式超聲相控陣產(chǎn)品，這些便攜式檢測設(shè)備可適用于野外檢測和現(xiàn)場檢 測，攜帶方便，應(yīng)用性較強。在這方面，國內(nèi)還沒有類似的儀器產(chǎn)品問世，便攜式超聲相控陣 產(chǎn)品的研究現(xiàn)在正成為一個熱點問題。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有簡單、方便、自然的人機交互性、工程應(yīng)用性強的 便攜式超聲相控陣檢測成像儀。 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的所述的便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(tǒng)3和超聲相控陣探頭4和檢測成像軟件組成的。觸摸 屏l連接計算機2，計算機2通過數(shù)據(jù)總線連接超聲相控陣電路系統(tǒng)3，觸摸屏1、計算機2、 超聲相控陣電路系統(tǒng)3三者集成一體，構(gòu)成儀器主體5，通過電纜外接超聲相控陣探頭4，檢測成像軟件安裝在計算機2上。
本發(fā)明還有以下技術(shù)特征 (1)所述的超聲相控陣探頭4由多晶片陣元組構(gòu)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(tǒng)3包括主控板6、超聲觸發(fā)/接收板7，超聲觸發(fā)/ 接收板7分別連接主控板6和超聲相控陣探頭4。 (3)所述的檢測成像軟件通過觸摸屏1設(shè)置各種功能參數(shù)，根據(jù)檢測實際需求，提 供多種檢測算法。并由計算機2給出指令，超聲相控陣電路系統(tǒng)3控制超聲相控陣探頭4 發(fā)射接收聲波信號，并實時數(shù)據(jù)采集，提供多種缺陷圖像顯示方式。 本發(fā)明便攜式超聲相控陣檢測成像儀，可用于手工檢測，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，并將超聲探頭安裝在掃查器的夾 具上，用于工業(yè)領(lǐng)域的自動無損探傷，可獲得缺陷的A、B、C三種掃描圖像。由于使用觸摸屏 作為計算機輸入設(shè)備，使得超聲相控陣檢測成像儀具有簡單、方便、自然的人機交互性，工 程應(yīng)用性強，非常適用于工業(yè)領(lǐng)域的無損探傷。
(四)


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖；
圖2為本發(fā)明的縱波檢測實施圖；
圖3為本發(fā)明的橫波檢測實施圖；
圖4為本發(fā)明的自動掃查實施圖。
(五)
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作進一步說明。 實施例1 :結(jié)合圖l，本發(fā)明便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(tǒng)(3)和超聲相控陣探頭(4)和檢測成像軟件組成的。觸摸屏 (1)連接計算機(2)，計算機(2)通過數(shù)據(jù)總線連接超聲相控陣電路系統(tǒng)(3)，觸摸屏(1)、 計算機(2)和超聲相控陣電路系統(tǒng)(3)三者集成一體，構(gòu)成儀器主體(5)，通過電纜外接超 聲相控陣探頭(4)，檢測成像軟件安裝在計算機上。
本發(fā)明還有以下技術(shù)特征 所述的超聲相控陣探頭(4)由多晶片陣元組構(gòu)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(tǒng)(3)包括主控板(6)、超聲觸發(fā)/接收板(7)，超聲觸 發(fā)/接收板(7)分別連接主控板(6)和超聲相控陣探頭(4)。 所述的檢測成像軟件通過觸摸屏對軟件界面菜單參數(shù)進行設(shè)置，主要設(shè)置探頭 和楔塊的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)參數(shù)；設(shè)置檢測工件對象、校準等各項檢測參數(shù)；設(shè)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(shù)；設(shè)置圖像顯示方式；設(shè)置超聲檢測的常規(guī)參 數(shù)，如閘門，脈沖重復(fù)頻率等參數(shù)；根據(jù)實際檢測需求，完成檢測算法配置；并通過觸摸屏 對軟件界面的控制按鈕進行操作，主要對增益范圍、視圖顯示、圖像縮放、顯示凍結(jié)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(tǒng)(3)，超聲相控陣電路系統(tǒng)(3) 根據(jù)檢測算法控制超聲相控陣探頭(4)發(fā)射接收聲波，完成對缺陷的無損檢測，并將數(shù)據(jù) 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，并可進行缺陷圖像分析，自 動生成缺陷報告。
實施例2 : 結(jié)合圖2，本發(fā)明由觸摸屏(1)、計算機(2)、超聲相控陣電路系統(tǒng)(3)、超聲相控陣 探頭(4)和檢測成像軟件組成。其中觸摸屏(1)、計算機(2)及超聲相控陣電路系統(tǒng)(3)三 者集成一體，構(gòu)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(tǒng)性能如表1所示，由一個主控板及兩個超聲觸發(fā)/接收板組成，每塊超聲觸發(fā)
/接收板能均能實現(xiàn)8路信號的觸發(fā)和回波信號的采集。系統(tǒng)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(tǒng)性能參數(shù)
參數(shù)性能
通道數(shù)16
工作頻率2.25 薩Hz
陣元電丌(50 80V
動態(tài)范圍80dB
延吋粘度lns
脈沖延吋范,0us 65 us
接收延時范圍0us 16000 us
A/D釆樣頻率62.5MHz
信號放大帶寬650kHz 20 MHz
最大脈沖重復(fù)頻率2KHz
通訊端口USB2. O(兼容USB1. 1) 結(jié)合圖2，由于采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，并用耦合劑與工件(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。采用16個陣元作為子陣進行線性掃描，偏轉(zhuǎn)角度45。，子陣步 進0. 5個陣元， 一共發(fā)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(qū)域的缺陷B掃描圖像。在本實施例中采用縱波探傷時，還可以進行扇形掃描檢測；在 本實施例中采用縱波探傷時，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(jié)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(tǒng)(3)性能如表2所示，由一個主控板及四個超聲觸發(fā)/接收板組 成，每塊超聲觸發(fā)/接收板能均能實現(xiàn)8路信號的觸發(fā)和回波信號的采集。系統(tǒng)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(tǒng)性能參數(shù)
參數(shù)性能
通道數(shù)32
工作頻率2.25 麵Hz
陣元屯壓50 80V
動態(tài)范圍80dB
延時精度Ins
脈沖延時范圍0us~65 us
接收延吋范剛0us 16000 us
A/D釆樣頻率50MIIz
信號放火帶寬650kl-Iz 20 MHz
最大脈沖重復(fù)頻率2KHz
通訊端口USB2. O(兼容USB1. 1) 結(jié)合圖3，由于采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(zhuǎn)換， 并用耦合劑與工件(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，采用32個陣元進行扇形掃描，角度變化范圍在30° 60°間，角 度間隔T ，一共發(fā)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(qū)域的缺陷S掃描圖像。在本實施例中采用橫波探傷時，還可以進行線性掃描檢測。
實施例4 : 結(jié)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(tǒng)性能如表3所示，由一個主控板及四個超聲觸發(fā)/接收板組成，每塊超聲觸
發(fā)/接收板能均能實現(xiàn)8路信號的觸發(fā)和回波信號的采集。系統(tǒng)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(tǒng)性能參數(shù)
參數(shù)性能
通道數(shù)32 .
工作頻率2.25 10MHz
陣元電壓50 80V
動態(tài)范圍80dB
延時精度Ins
脈沖延時范圍0us 65 us
接收延時范閨0us~16000 us
A/D采樣頻率00MHz
信號放大帶寬650kHz 20 MHz
最大脈沖重復(fù)頻率2KHz
通訊端口USB2.()(兼容USI31. 1) 結(jié)合圖4，由于采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， 并用耦合劑與工件(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，采用32個陣元進行線性掃描，偏轉(zhuǎn)角度50° ，步進1個陣元， 一共發(fā)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(qū)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采用扇形掃描組合，或者線性掃描和扇 形掃描的組合進行自動探傷。
權(quán)利要求
便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(tǒng)(3)和超聲相控陣探頭(4)和檢測成像軟件組成，其特征在于觸摸屏(1)連接計算機(2)，計算機(2)通過數(shù)據(jù)總線連接超聲相控陣電路系統(tǒng)(3)，觸摸屏(1)、計算機(2)及超聲相控陣電路系統(tǒng)(3)三者集成一體，構(gòu)成儀器主體(5)，通過電纜外接超聲相控陣探頭(4)，檢測成像軟件安裝在計算機(2)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式超聲相控陣檢測成像儀，其特征在于所述的超聲相 控陣探頭(4)由多晶片陣元組構(gòu)成，是線性陣列換能器或相控陣列換能器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式超聲相控陣檢測成像儀，其特征在于所述的超聲相 控陣電路系統(tǒng)(3)包括主控板(6)、超聲觸發(fā)/接收板(7)，超聲觸發(fā)/接收板(7)分別連 接主控板(6)和超聲相控陣探頭(4)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式超聲相控陣檢測成像儀，其特征在于檢測成像軟件 通過觸摸屏(1)設(shè)置各種功能參數(shù)，根據(jù)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(tǒng)(3)控制超聲相控陣探頭(4)發(fā)射接收聲波信號，進行實時 數(shù)據(jù)采集，提供多種缺陷圖像顯示方式。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有簡單、方便、自然的人機交互性、工程應(yīng)用性強的便攜式超聲相控陣檢測成像儀。它是由觸摸屏、計算機、超聲相控陣電路系統(tǒng)、超聲相控陣探頭和檢測成像軟件組成的。觸摸屏連接計算機，計算機通過數(shù)據(jù)總線連接超聲相控陣電路系統(tǒng)，觸摸屏、計算機、超聲相控陣電路系統(tǒng)三者集成一體，構(gòu)成儀器主體，通過電纜外接超聲相控陣探頭，檢測成像軟件安裝在計算機上。本發(fā)明可用于手工檢測，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，并將超聲探頭安裝在掃查器的夾具上，用于工業(yè)領(lǐng)域的自動無損探傷，可獲得缺陷的A、B、C三種掃描圖像。非常適用于工業(yè)領(lǐng)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(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者單寶華, 王 華 申請人:哈爾濱工業(yè)大學