相控阵超声波仪器及其检测方法技术

本发明专利技术相控阵超声波仪器及其检测方法，其特点是，包括：超声探头部分、发射部分、接收部分、辅助部分和主控电路部分；发射电路部分首先根据要求选通发射晶片组，在高压驱动电路作用下产生阵元激励脉冲使探头晶片发出超声波束，在延时控制时序的设置电路的控制下产生各发射晶片之间的延迟时序脉冲、脉冲宽度和振幅；接收电路部分按照要求选通接收晶片组，对接收到的脉冲信号进行放大，根据距离情况进行幅度补偿，并通过延时接收控制时序设置电路，实现信号的模拟延时和回波信号的叠加，得到最佳的聚焦效果，再经过模拟信号数字化电路实现数据的上传。能使晶体阵的晶体按一定的规律延时发射和延时接收，以形成超声波的抛物面的发射阵面和接受阵面。使多束超声声束能聚焦于被测的焊接面，并可移动焦点的位置和偏转焦点的角度，大大地提高了探伤的精细程度和准确程度（毫米级）。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种自动检测管道焊缝的。
技术介绍
在全世界范围内，许多管道建设项目中，已经使用全自动焊接工艺，从而带来了全自动超声检测的发展方向，即超声检测将逐渐代替射线检测成为大口径管道施工的主要检测手段。80年代荷兰的NOVA，TCPL，以及Gasunie不断的开发此类产品，一些NDE公司现在也开始涉及自动超声探伤，首先由RTD的R&D开始研究，后来Shaw Pipelines开始参与，最近Weldsonix和其他公司也开始参与研究，R/DTech公司首先开始制造产品，到目前位置R/D Tech是仅有的商业产品制造商。自1992年以来自动化超声检测系统发展势头强劲，检测方法的改进以及聚焦探头的引入提高了自动化超声检测的准确性，以相控阵超声检测技术为代表的新型管道全自动超声检测仪器在国外已经进入实用阶段。90年代末，加拿大R/D TECH公司首先将相控阵检测技术应用于管道探伤领域，开发了相控阵全自动超声检测系统。相控阵超声检测系统是通过电子技术来实现声束的扫查方向和聚焦深度的控制，可以以同一个探头来实现不同壁厚、不同管径、不同材质管道焊缝的检测任务，克服了常规多探头自动超声检测系统的调整难度大和探头适应范围窄以及设备沉重的缺点。R/D Tech公司率先研制成功了相控阵管道环焊缝探伤系统。通过控制多个发射晶体的发射时间使得各晶体发出的声束在焦点处的声波相位相同，获得精确的聚焦。与常规的全自动超声技术相比，相控阵超声检测技术具有以下主要优势1、没有与射线相关的危险。2、对自动焊未熔合缺陷判断更准确。能检测出未熔合缺陷的大小。3、检测精度高、物理重量轻、检测尺寸灵活4、增加分区数量可以改进成像质量。可提高缺陷横向分辨率。5、体积小和重量轻的相控阵探头。6、全厚度/直径检测必要的探头数量少，操作的成本降低。该相控阵管道环焊缝探伤系统具有明显的技术优势，所以在世界探伤界有着很高的评介，但是其设备复杂，售价昂贵，不能普及。在我国，探伤设备的使用与世界先进技术相比，还相当落后，大量使用的是人工探伤机，少量引进了国外的自动分离阵列的探伤机，
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有管道探伤设备的缺点，而提供的一种控制方法简单、设备成本低、且测量精度高、使用可靠的相控阵超声波仪器。为了实现本专利技术的目的，本专利技术采取的技术方案是相控阵超声波仪器，其特征在于，包括超声探头部分、发射部分、接收部分、辅助部分和主控电路部分；所述的超声探头部分由多个晶片阵元组构成；所述的发射部分由发射通道选择和高压驱动电路、发射驱动电路、发射脉宽和延时主控电路组成；所述的接收部分由接收前置放大切换电路、可变增益放大电路、延时范围主控电路、信号叠加滤波信号平衡电路、模拟信号数字化电路组成；所述的辅助电路由高压可调电源、声束长度/放大量(TGA)信号发生电路组成；所述的主控电路部分由CPU主板和复杂可编程逻辑控制器件以及同步信号时钟发生电路构成；所述的多个晶片阵元组与发射部分的发射通道选择和高压驱动电路、以及与接收部分接收前置放大切换电路连接；发射部分的发射通道选择和高压驱动电路、发射驱动电路、发射脉宽和延时主控电路的输入输出端顺序连接；接收部分的接收前置放大切换电路、可变增益放大电路、延时范围主控电路、信号叠加滤波信号平衡电路、模拟信号数字化电路的输入输出端顺序连接；主控电路部分的CPU主板和复杂可编程逻辑控制器件通过数据线与发射部分的发射通道选择和高压驱动电路、发射脉宽和延时主控电路连接，与接收部分的接收前置放大切换电路、延时范围主控电路、信号叠加滤波信号平衡电路连接，并与辅助部分的高压可调电源、声束长度/放大量(TGA)信号发生电路连接；主控电路部分的同步信号时钟发生电路的输出信号分别与辅助部分的声束长度/放大量(TGA)信号发生电路、发射部分的延时主控电路、接受部分的延时范围主控电路连接；辅助部分的高压可调电源与发射部分的发射通道选择和高压驱动电路连接，辅助部分的声束长度/放大量(TGA)信号发生电路的输出信号与接收部分的可变增益放大电路连接。一种采用相控阵超声波仪器进行管道检测的方法，其特点是，包括以下步骤a、首先将探头部分的多个晶片采用直线型阵列形式，分成左右两部分，分列在焊缝的两侧，并沿该管道焊缝移动；b、发射电路部分首先选通发射晶片组，在高压驱动电路作用下产生阵元激励脉冲使探头晶片发出超声波束，在延时控制时序的设置电路的控制下产生各发射晶片之间的延迟时序脉冲、脉冲宽度和振幅；c、接收电路部分按照要求选通接收晶片组，对接收到的脉冲信号进行放大，根据距离情况进行幅度补偿，并通过延时接收控制时序设置电路，实现信号的模拟延时和回波信号的叠加，得到最佳的聚焦效果，再经过模拟信号数字化电路将数据送到主控部分；d、主控部分的复杂可编程逻辑控制器件对各个电路进行发射延时、接收延时、选通开关、数据采集脉冲宽度、放大量的设置、选择滤波器等实时控制，同时按照时序往读写存储器内按顺序写入检测数据，然后按地址指针读出数据，送到显示器显示。由于本专利技术采用了以上的技术方案，采用相控阵这个国际上应用于工业探伤的最先进的技术，再运用计算机的精确控制，能使晶体阵的晶体按一定的规律延时发射和延时接收，以形成超声波的抛物面的发射阵面和接受阵面。使多束超声声束能聚焦于被测的焊接面，并可移动焦点的位置和偏转焦点的角度，大大地提高了探伤的精细程度和准确程度(毫米级)。附图说明本专利技术的具体特征性能由以下的实施例及其附图进一步说明。图1是本专利技术的电路方框图。图2是本专利技术仪器的工作流程图。具体实施例方式本专利技术相控阵超声波仪器，包括超声探头部分1、发射电路部分2、接收电路部分3、辅助电路部分4和主控电路部分5。超声探头部分1由多个晶片阵元组构成，本实施例采用了一组双列晶体探头，采用了直线型阵列形式，分成左右两部分，分列在焊缝的两侧。每侧有64个常规晶体，用于常规标准探伤方法，2个用于脉冲回波和时差衍射方法的晶体，用来探测横向裂纹。达到分层次多声束多角度的扫描、TOFD规则扫描、耦合状况扫描等，缩小和简化了探头的体积和种类，同时，也为今后增加其他扫描方式时，只需改变软件而不需改变硬件，使系统具有很大的灵活性。发射电路部分2由发射通道选择和高压驱动电路21、发射驱动电路22、发射脉宽和延时主控电路23组成；接收电路部分3由接收前置放大切换电路31、可变增益放大电路32、延时范围主控电路33、信号叠加滤波信号平衡电路34、模拟信号数字化电路35组成；辅助电路部分4由高压可调电源41、声束长度/放大量(以下简称TGA)信号发生电路42组成；主控电路部分5由CPU主板和复杂可编程逻辑控制器件51以及同步信号时钟发生电路52构成。多个晶片阵元组与发射部分的发射通道选择和高压驱动电路、以及与接收部分接收前置放大切换电路连接；发射部分的发射通道选择和高压驱动电路、发射驱动电路、发射脉宽和延时主控电路的输入输出端顺序连接；接收部分的接收前置放大切换电路、可变增益放大电路、延时范围主控电路、信号叠加滤波信号平衡电路、模拟信号数字化电路的输入输出端顺序连接；主控电路部分的CPU主板和复杂可编程逻辑控制器件通过数据线与发射部分的发射通道选择和高压驱动电路、发射脉宽和延时主控电路连接，本文档来自技高网...

【技术保护点】
相控阵超声波仪器，其特征在于，包括：超声探头部分、发射部分、接收部分、辅助部分和主控电路部分；所述的超声探头部分由多个晶片阵元组构成；所述的发射部分由发射通道选择和高压驱动电路、发射驱动电路、发射脉宽和延时主控电路组成；所述的接收部分由接收前置放大切换电路、可变增益放大电路、延时范围主控电路、信号叠加滤波信号平衡电路、模拟信号数字化电路组成；所述的辅助电路由：高压可调电源、声束长度／放大量信号发生电路组成；所述的主控电路部分由ＣＰＵ主板和复杂可编程逻辑控制器件以及同步信号时钟发生电路构成；所述的多个晶片阵元组与发射部分的发射通道选择和高压驱动电路、以及与接收部分接收前置放大切换电路连接；发射部分的发射通道选择和高压驱动电路、发射驱动电路、发射脉宽和延时主控电路的输入输出端顺序连接；接收部分的接收前置放大切换 电路、可变增益放大电路、延时范围主控电路、信号叠加滤波信号平衡电路、模拟信号数字化电路的输入输出端顺序连接；主控电路部分的ＣＰＵ主板和复杂可编程逻辑控制器件通过数据线与发射部分的发射通道选择和高压驱动电路、发射脉宽和延时主控电路连接，与接收部分的接收前置放大切换电路、延时范围主控电路、信号叠加滤波信号平衡电路连接，并与辅助部分的高压可调电源、声束长度／放大量信号发生电路连接；主控电路部分的同步信号时钟发生电路的输出信号分别与辅助部分的声束长度／放大量信号发生电路、发射部分的延时主控电路、接受部分的延时范围主控电路连接；辅助部分的高压可调电源与发射部分的发射通道选择和高压驱动电路连接，辅助部分的声束长度／放大量信号发生电路的输出信号与接收部分的可变增益放大电路连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李新育，刘宁，杨之江，夏欣，詹华，曾鹃娟，张晓黎，刘守龙，历以湘，
申请(专利权)人：中国石油天然气管道科学研究院，上海白玉兰建设工程设备监理有限公司，上海电气自动化设计研究所，上海宝信软件股份有限公司，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]