Ultrazvuk s fázovaným polem - Phased array ultrasonics

Animace zobrazující princip ultrazvukového skeneru používaného při lékařském ultrazvukovém zobrazování. Skládá se z oscilátoru formujícího paprsek (TX), který produkuje elektronický signál skládající se z pulzů sinusových vln kmitajících na ultrazvukové frekvenci, který je aplikován na řadu ultrazvukových měničů (T) v kontaktu s povrchem kůže, které převádějí elektrický signál na ultrazvukové vlny procházející tkání. Časování pulzů emitovaných každým měničem je řízeno programovatelnými zpožďovacími jednotkami (φ), které jsou řízeny mikroprocesorovým řídicím systémem (C) . Pohybující se červené čáry jsou čelní strany ultrazvukových vln od každého měniče. Vlnová čela jsou sférická, ale spojují se ( superponují ) do rovinných vln a vytvářejí paprsek zvuku cestující určitým směrem. Vzhledem k tomu, že puls z každého měniče je postupně zpožděn směrem nahoru, každý měnič vydává svůj puls za jedním pod ním. To má za následek paprsek zvukových vln emitovaných pod úhlem (θ) k matici. Změnou pulzních zpoždění může počítač skenovat paprsek ultrazvuku v rastrovém vzoru přes tkáň. Ozvěny odražené od tkáně různé hustoty, přijímané měniči, vytvářejí obraz základních struktur.
Kontrola svaru fázovaným polem. TOP: Sonda s fázovaným polem vysílá řadu paprsků, aby zaplavila svar zvukem. DOLE: Vada ve svaru se na obrazovce přístroje zobrazí jako červená indikace.

Phased array ultrasonics ( PA ) je pokročilá metoda ultrazvukového testování, která má aplikace v lékařském zobrazování a průmyslových nedestruktivních zkouškách . Běžnými aplikacemi jsou neinvazivní zkoumání srdce nebo hledání nedostatků ve vyrobených materiálech, jako jsou svary . Jednoprvkové sondy ( bezfázové pole ) , technicky známé jako monolitické sondy, vysílají paprsek pevným směrem. Chcete-li otestovat nebo vyšetřit velké množství materiálu, je třeba fyzicky skenovat (pohybovat nebo otáčet) konvenční sondu, aby paprsek projel sledovanou oblastí. Naproti tomu paprsek ze sondy s fázovaným polem může být zaostřen a zameten elektronicky bez pohybu sondy. Paprsek je ovladatelný, protože sonda s fázovaným polem je tvořena několika malými prvky, z nichž každý může být pulzován jednotlivě v časování vypočítaném počítačem. Termín fázovaný odkazuje na načasování a termín pole odkazuje na více prvků. Fázované pole ultrazvukové testování je založeno na principech vlnové fyziky , které mají také aplikace v oblastech, jako je optika a elektromagnetické antény .

Princip činnosti

Sonda PA se skládá z mnoha malých ultrazvukových měničů , z nichž každý může být pulzován nezávisle. Změnou časování, například tím, že se impuls z každého měniče postupně zpožďuje směrem nahoru, je nastaven vzor konstruktivní interference, která má za následek vyzařování kvazirovinného ultrazvukového paprsku pod nastaveným úhlem v závislosti na progresivním časovém zpoždění. Jinými slovy, změnou progresivního časového zpoždění lze paprsek řídit elektronicky. Může být zameteno jako prohledávací světlo skrz zkoumanou tkáň nebo objekt a data z více paprsků jsou spojena, aby vytvořil vizuální obraz ukazující řez skrz objekt.

Fázované použití pole v průmyslu

Fázované pole je široce používáno pro nedestruktivní testování (NDT) v několika průmyslových odvětvích, jako je stavebnictví , potrubí a výroba energie . Tato metoda je pokročilou metodou NDT, která se používá k detekci diskontinuit, tj. Trhlin nebo nedostatků, a tím k určení kvality součásti. Vzhledem k možnosti řídit parametry, jako je úhel paprsku a ohnisková vzdálenost, je tato metoda velmi účinná, pokud jde o detekci defektů a rychlost testování. Kromě detekce nedostatků v součástech lze fázové pole použít také pro měření tloušťky stěny ve spojení s korozními zkouškami. Fázované pole lze použít pro následující průmyslové účely:

  • Kontrola svarů
  • Měření tloušťky
  • Kontrola koroze
  • PAUT Validation / Demonstration Blocks
  • Kontrola kolejových vozidel (kola a nápravy)
  • Standardní kalibrační bloky PAUT & TOFD

Vlastnosti fázovaného pole

Na staveništi technik, Testy typu A potrubní svar vad za použití ultrazvukové postupné nástroj pole. Skener, který se skládá z rámu s magnetickými koly, drží sondu v kontaktu s trubkou pomocí pružiny. Mokrá oblast je ultrazvukový vazební člen, který umožňuje zvuku projít do stěny potrubí.
  • Metoda nejčastěji používaná pro lékařskou ultrasonografii .
  • Více prvků sondy vytváří řiditelný a zaostřený paprsek.
  • Velikost ohniska závisí na aktivní cloně sondy (A), vlnové délce ( λ ) a ohniskové vzdálenosti (F). Zaostřování je omezeno na blízké pole sondy s fázovaným polem.
  • Produkuje obraz, který zobrazuje řez objektem.
  • Ve srovnání s konvenčními jednoprvkovými ultrazvukovými testovacími systémy jsou přístroje a sondy PA složitější a nákladnější.
  • V průmyslu vyžadují technici PA více zkušeností a školení než běžní technici UT.

Standardy

Evropský výbor pro normalizaci (CEN)
  • prEN 16018, Nedestruktivní testování - Terminologie - Termíny používané při ultrazvukovém testování s fázovanými poli
  • ISO / WD 13588, Nedestruktivní zkoušení svarů - Ultrazvukové zkoušky - Použití (polo) automatizované technologie fázovaných polí

Viz také

Reference

Knihy

  • Kód kotle a tlakové nádoby ASME . Americká společnost strojních inženýrů, 2013. Oddíl V - Nedestruktivní zkoumání . [Viz článek 4 - Ultrazvukové vyšetřovací metody pro svary . Para E-474 UT-Phased Array Technique ]

externí odkazy