超声无损检测成像技术
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇超声无损检测成像技术范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘 要:超声无损检测成像技术在现代工业的很多领域中都有很重要的用途,具有非常广阔的发展前景。对扫描超声成像、超声波显像、超声全息、ALOK法成像、相控阵法、超声显微镜、SAFT成像、TOFD成像、超声CT成像的发展、原理、特点和应用做了分析,可以更好地指导实际应用,并指出了超声无损检测成像技术的发展方向。关键词:超声; 无损检测; 成像技术; SAFT成像
中图分类号:TN919-34文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)21-0120-03
Imaging Technology of Ultrasonic Non-destructive Detection
LI Xiao-juan, WANG Li, GAO Xiao-rong, WANG Ze-yong
(Photoelectric Engineering Institute, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)
Abstract: The ultrasonic detection imaging technology plays a very important role in many fields of modern industry and has a bright prospect of development. The development, principles, characteristics and applications of scan ultrasonic imaging, ultrasonic image display, ALOK imaging, phased array method, ultrasonic microscope, SAFT imaging, TOFD imaging and ultrasonic CT imaging are analyzed. This article can better guide the practical application of ultrasonic detection imaging technology. The development trend of it is pointed out.Keywords: ultrasonic detection; non-destructive detection; imaging technology; SAFT imaging
0 引 言
Sokolov于20世纪30年代提出了超声波检测的早期研究,在40年代出现的脉冲回波探伤仪器成为超声波检测技术的重要标识。20世纪50年代初,真正用于医学诊断的超声装置问世。60年代末,由于电子技术、计算机技术和信号处理技术的飞速发展,声成像研究恢复了生机。70年代形成了几种较成熟的方法,大量商品化设备上市,在医学诊断中得到极其广泛的应用,在工业材料超声检测中也逐渐得到应用[1]。现在,超声成像检测技术已经在很多领域发挥着重要的作用。
1 超声检测成像原理
超声成像就是用超声波获得物体可见图像的方法。由于超声波可以穿透很多不透光的物体,所以利用超声波可以获得这些物体内部结构声学特性的信息,超声成像技术将这些信息变成人眼可见的图像。由声波直接形成的图像称为“声像”,由于生理的限制,人眼是不能直接感知声像的,必须采用光学的或电子学的或其他方式转化为肉眼可见的图像或图形,这种肉眼可见的像被称为“声学像”,声学像反映了物体内部某个或几个声场参量的分布或差异。反过来,对于同一物体,利用不同的声学参量,例如声阻抗率、声速或声衰减等,可以生成不同的声学像。
2 各种超声成像方法
2.1 扫描超声成像[2]
扫描超声成像是超声检测数据的视图显示,最基本的超声扫描方式有A-扫描,B-扫描,C-扫描,D-扫描,S-扫描,P-扫描等,它们分别是超声脉冲回波在荧光屏上不同的显示方式。表1是以上扫描方式的显示方法和特点。
表1 扫描超声成像技术
扫描方式显示方法特 点
A-扫描超声脉冲幅度或波形与超声传播时间的关系一维显示,是各种扫描的基础
B-扫描与声束传播方向平行且与测量表面垂直的剖面一幅B显示是一系列A显示叠加
C-扫描显示样品的横断面成像范围由几个mm2到父m2,优越性强,但不能实时成像
D-扫描数据的二维显示视图与B显示方向垂直
S-扫描探头延时和折射角已作校正,特定通道所有A显示叠加而成的二维图像能由二维显示再现体积能在扫描过程中显示图像;能显示实际深度
P-扫描显示探头在管内壁检测或在圆筒形工件外壁检测时所得数据可提供缺陷周向分布和径向深度位置信息
2.2 超声波显像
声波是力学波,它会改变传播介质中的一些力学参数,比如质点位置、质点运动速度、介质密度、介质中应变、应力等,液体中还引起辐射压力。利用这些参数变化可以使声波成为可见。1937年,Pohlman制成第┮惶í声-光图像转换器[3]。到目前,最有效而常用的声波显示方法是施利仑法和光弹法。施利仑法的根据是声波导致介质密度变化,而后引起光折射率的改变。光弹法成像原理是超声引起应力,在各向同性固体中,应力产生光的双折射效应,光通过应力区后,偏振将发生变化。80年代,我国著名声学专家应崇福和他领导的小组用动态光弹法系统研究了固体中的超声散射,把这个方法的价值提到了新的高度。在他们的散射研究中,首次目睹了声波沿孔壁爬行,在材料棱边内部的散射和在带状裂缝的散射,还首次窥见了兰姆波和瑞利波,观察了前者在板端的散射,后者绕材料尖角的散射。他们提高了动态光弹法的显示清晰度,80年代前期的光弹照片质量之高在国际上已属罕见。
2.3 超声全息
超声全息是利用干涉原理来记录被观察物体声场全部信息,并实现成像的一种声成像技术和信息处理手段。扫描声全息大致分为两类,一类是激光重建声全息,它是用与入射波同频率的电信号与探测器的输出电信号相加,用叠加信号的幅度去调制荧光屏光点的亮度,在荧光屏上形成全息图。将全息图拍摄下来,再用激光照射全息图,获得重建像。另一类是计算机重建声全息,它是利用扫描记录到的全息函数与重建像函数之间是空间傅氏变换对的关系,直接由计算机计算而实现的重建[4]。
2.4 ALOK法成像
ALOK(Amplituen and Laufzeit Orts Kurren)法即幅度-传播时间-位置曲线法,原理如图1所示。┮桓霆自发自收的超声换能器在试样表面按照一定规则进行移动扫描,如果A点是试样内的缺陷,那么在位置1处接收到的回波信号中,在t1=2X2f,t+Y2n/c的传播时间处有一个回波小峰。同样,在位置2接收的回波信号中,在传播时间t2=2(Xf,t-ΔX)2+Y2f,t/c处也会出现一个小峰。в捎谡飧鋈毕菔侨范ǖ,因此在以后的各检测位置上,在声时-位置曲线对的传播时间上都会出现A点的反射回波。同样,由于检测位置与缺陷A之间的距离有规律变换,缺陷回波的幅度也会随位置的变换而有规律的变化。而噪声则不会在出现的时间与幅度上随检测位置而有规律的变化。利用传播时间-位置及幅度-位置曲线,就可以从回波信号中识别来自缺陷的回波信号,并用B显示给出缺陷的像[5]。