超聲波相控陣技術原理及特點

【摘 要】介紹將電子波相控技術與超聲波技術結合在一起產(chǎn)生的新技術，闡述其開發(fā)目的，通過種種舉例介紹該技術優(yōu)于其它技術的地方：在其他技術只能測試個別缺陷時，它卻可以大規(guī)模的審查出錯誤方位，甚至可以以你設定的速度對物體進行審查。這項優(yōu)勢展現(xiàn)出它在互聯(lián)網(wǎng)時代與無數(shù)企業(yè)融合的可能。

【關鍵詞】超聲波相控陣技術；原理；特點

一、超聲波相控陣技術簡介

這種技術的核心工作點在于，利用雙晶方式設計的直探頭發(fā)射超聲波的晶片，這種晶片往往是用陶瓷做的，這樣可以抵抗住超聲波的沖擊力。這個晶片運作是有一定的條件，如果研發(fā)者們?yōu)槠湓O置的條件沒有達到它所需要的標準。那么它在這項技術中就無法發(fā)揮應有的作用，無法來調節(jié)超聲波的發(fā)射方向，發(fā)射力度以及發(fā)射廣度。而一旦無法控制這些因素，超聲波會失去控制，嚴重時會傷及研究者的生命。并且這種晶片主要適用于超聲波發(fā)射頭處，這樣對超聲波的控制調節(jié)才能達到最好。由這種晶片制作的超聲波發(fā)射頭還可以阻擋超聲波的外泄，使超聲波最大程度的投射到需要檢查的物品上，這樣既能達到高效率的目標，節(jié)約能源，又能完成高成果的目標，準確地檢測到物品內需要維修的地方，并且將結果以圖片的形式呈現(xiàn)出來。

二、超聲波相控陣技術原理

之前，由于各方面的約束，設置的發(fā)射頭只能與一個超聲波產(chǎn)生的波束相對應，并且由于發(fā)射頭的制作材質容易破碎，一旦要改變之前設定好的發(fā)射路線或者是發(fā)射位置，那么這個發(fā)射頭就很容易受到新的沖擊，從而變成一堆碎片。所以之前研究的監(jiān)測儀就極其不方便，在很大程度上耗費了過多的人力、物力以及財力。而現(xiàn)在選用的陶瓷雖然在我們看來很容易破碎，但是事實上，研究者們卻發(fā)現(xiàn)陶瓷內有一種特殊的物質能夠很好的抵擋超聲波的沖擊，從而能夠減少發(fā)射頭的更換次數(shù)，提高利用率。當然這更加體現(xiàn)了這種特殊晶片的巨大作用，因為這種晶片能夠很好的吸附在陶瓷上。而這種晶片的體積小且質量輕，一個發(fā)射頭上可以安裝多個晶片，而一個晶片又對應著一個波束，這樣一來，一個發(fā)射頭所對應的波束就有很多種。因此，使用者們就可以自由的選擇發(fā)射路線以及發(fā)射位置，且只需要一個發(fā)射頭。

在安排發(fā)射頭上的晶片排列中也蘊含著很大學問，如果晶片排列方式比較復雜，這就無形中增加了制作成本，并且耗費的時間精力也會更多。研究者們發(fā)現(xiàn)，在眾多排列方式中，將晶片排列成一條直線的方式優(yōu)勢最為突出，不僅排列簡單，而且在成本投入上與更復雜的方式相比資金投入少了很多。

但是上述方式只是針對一維，當對于二維或三維的檢測時，這種排列方式也就不再適合。研究者們又發(fā)現(xiàn)，兩個二維排列方式的結合或許可以對三維檢測物作出檢查。比如說，簡單的矩形排列方式與圓環(huán)形的排列方式組合，可以檢查三維空間內的物品。但是，還是受技術限制，這種組合無法大規(guī)模地推廣。研究者們就希望在未來，能逐步實現(xiàn)這些方案，推動我國科學研究進一步發(fā)展。

利用這種技術制作的機器還結合了PRF這項技術。只有結合這項技術，機器才能及時的接收超聲波傳回來的信息，并且經(jīng)過內部分析將信息以數(shù)據(jù)圖畫的方式呈現(xiàn)出來，不需要安排特定的人員對原信息進行破解。并且機器自身還能適時的調節(jié)時間，對于緊急數(shù)據(jù)能夠較快的分析破解，這樣就大幅度的縮短了時間。

三、超聲波相控陣技術的特點

（一）檢查正確度的提高。由這種特殊晶片所傳送出的波束能夠通過自行檢測發(fā)現(xiàn)被檢測物體的缺陷，并且根據(jù)缺陷的大小，種類等自行轉換一種更加準確的方式，更細致的再收集有關缺陷的信息，為研究者修復缺陷提供最為精準的信息。這樣就降低了人工對修復工作的影響度，使研究者在修復時能夠更加客觀的作出選擇，避免出現(xiàn)對缺陷認識不完整而制定錯誤的方案。

（二）前面就已經(jīng)提到過，根據(jù)新研究所制作的發(fā)射頭是由多個晶片組成的，這樣一來，一個發(fā)射頭就能對檢測物體進行多個方面的檢查，避免發(fā)生物體有哪些方面沒有檢測到的情況，因此提高了檢測完整度。并且由于這個發(fā)射頭使用的是適合超聲波束的陶瓷，所以有關超聲波速度過快，產(chǎn)生的沖擊過大而破壞發(fā)射頭的情況一般不會出現(xiàn)，這樣就能提高發(fā)射頭的適用度，使機器的運用更加普遍。并且還可以根據(jù)當時的緊急情況調整波束的速度，盡可能快的檢測完物體，提高效率。

（三）因為機器可以多方面的檢測物體，所以會最大程度的收集信息，而研究者接收到詳細的信息，就可以正確地分析物體出現(xiàn)錯誤的原因，并且它還可以用圖像來表現(xiàn)它所收集到的信息。舉個例子，就檢查一條焊工焊制的連接線，為了保證連接線沒有任何的縫隙，所以每個波束之間的距離就要盡可能的縮短。如果使用以前的監(jiān)測器檢測一條長十厘米的連接線可能要大概一百臺機器進行檢測。而現(xiàn)在新型機器就不用這么麻煩，使用者可以根據(jù)連接線的長短來編寫機器中安裝晶片的模式，以及計算所需要的晶片數(shù)量，這樣僅僅一臺機器就可以完成一百臺機器完成的工作。

總結

這種新技術依舊沿襲著它的本質，研究者在利用它時并沒有改變它的特性，他們恰恰是根據(jù)它這種獨特的性質與其他物質的相關聯(lián)系，才研究出這項新技術的。這樣不僅更大程度上發(fā)揮了它自己本身的作用，又表現(xiàn)了它與其他物質高度的合作性，為之后研究者進一步開發(fā)超聲波使用的領域提供了更多的方案。

作者簡介：閆軍帥（1990-），男，籍貫，山東濱州，研究方向：工程、X射線機、相控陣超聲波、聲發(fā)射、TOFD、無損檢測NDT的研究。

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