相控阵超声扫描检测是近年来兴起的超声检测技术,是按照一定规律排布超声阵列换能器,通过控制激发晶片的个数和激发时序,来控制超声波声束扫描聚焦的范围和位置。

    相控阵超声无损检测技术因其快速灵活而高效的声束扫查聚焦控制、较大的动态变化范围以及清晰的实时成像,逐渐发展为一种主流的工业无损检测新兴技术手段,在石油长途运输管道及大型储罐焊缝检测中起到不可替代的作用。国内自主研制的超声相控阵检测系统在相关技术层面还有很大的发展空间。本论文设计了一个应用于大型石油储罐焊缝检测的多通道超声相控阵自动检测系统,并就其中几项重点技术进行了仔细研究。

    本文主要工作内容如下：

    1.对超声相控阵检测的原理进行了综合描述,详细讨论了超声相控阵动态扫描的聚焦法则和延时控制法则及其物理依据,作为本课题的理论依据。

    2.设计了32通道超声相控阵自动检测系统的硬件方案,主要是针对16通道仪器硬件的缺陷,在此基础上进行了重要模块电路的改进和重新设计。包括对相控阵超声脉冲发射电路、回波信号接收电路、超声模拟前端集成电路、DDR存储部分电路、两片FPGA作为主从控制器的接口电路等重要电路模块的改进设计。

    3.设计了基于乒乓存储的高速实时数据通讯系统设计方案,给出高速数据通讯系统的整体架构的同时,就USB2.0控制器基于SlaveFIFO模式的数据读写控制,DDR存储芯片的读写操作控制时序以及使用IP核对DDR接口控制等方面进行了深入研究。并通过大量仿真和实验验证,证明了数据通讯系统的可行性。

    4.设计了使用DSPBuilder实现对超声回波信号的滤波的方案,并通过仿真实验验证了对回波信号滤波的效果。本文设计的多通道相控阵检测系统已投入应用于中石油大型储罐焊缝检测中,目前处在试验阶段。系统的稳定性、高效性和实时性基本满足工业超声无损检测的各项指标

    相对于惯例的单探头超声波检查办法，超声波相控阵检查办法的特色在于：

    1、简化手工操作：同时运用检查同一点，减小探头移动所需的扫描面接触区（最好接触面）；可调聚集距离和焦点方位，减小特色视点或聚集探头屡次检查的需求；削减变换探头，可削减以往检查所需时刻，进步检查速度和效率；增加检查区域的掩盖路。

    2、多种扫查方式：相控阵探头中的压电晶片按选定的序列替换激起，是的电子扫描（E—扫描）可以完成高精度、迅速的断面扫描（扇形S扫描）以及A扫描、翻滚B扫描和L（线性）扫描，甚至能完成C扫描，可以是超声波束非常迅速地掩盖构件，要比惯例的单探头机械系统快得多，从而在相同时刻里能提供非常好的掩盖。

    3、检查效率高：因为相控阵探头在一个方位上就可以一次检查一切的指定的被检查部分，探头可完成多视点扫查，一个探头便可代替多个以往不相同视点、不相同焦点探头，从而大大缩短了检查时刻，相对节省了成本，因为削减了扫查时刻，也减轻了检查人员的劳动强度，并且进步了查验精度和可靠性。

    4、习惯性强：超声波相控阵的检查设置可在几分钟内改动（软件设定），因此能习惯许多构件的尺度和几何形状改变，可以适合于形状杂乱的构件查验，并且分辨率和灵敏度比传统的超声波检查办法高。超声波相控阵检查适用于动力工业、石化工业、航空和航天工业、船只、铁轨、轿车等工业。如核电站和动力工厂主要零部件的查验，如涡轮盘、涡轮叶片根部、核反应堆的管路、容器和转子、法兰盘等，管道查验腐蚀检查和制作腐蚀图，大型曲面板材、铝合金焊缝、搭接连接、环形件和喷嘴、各种制件的构造完好评估。

    超声波相控阵检查技能的局限性：

    1、超声波相控阵检查对象、检查规模以及检查才能除了受其应用软件的约束外，还受相控阵阵列的频率、压电原件的尺度和距离以及加工精度的约束。

    2、在检查进程中，与惯例超声波检查相同遭到诸如工件表面粗糙度、耦合质量、被检材料冶金状况、探测面挑选等技术要素的影响，依然需求有对较量块来校准。

    3、仪器的调理进程比较杂乱，调理准确性对检查成果影响大。