Метод фазированных решеток. Базовые понятия

Ультразвуковой контроль с использованием ФР

Технология фазированной решетки в УЗК
Определение :
Технология ФР – это способность управлять формой и направлением ультразвукового луча электронным способом. (Определение согласно DIN EN 16018).
Цели:
Уменьшение количества ПЭП (упрощает конструкцию)
Увеличение разрешающей способности и области контроля (луч тоньше, но больше кол-во углов)
Уменьшение времени контроля.

Классический ПЭП
Генерация луча одной пьезопластиной
Ближнее
поле
Дальнее
поле
Фокальная
точка

Классический УЗК
Генерация луча с наклонной призмой
Призма
Материал
Время
Путь до волнового фронта

Классический УЗК
Прием сигнала от дефекта в режиме Импульс-Эхо
Призма
Материал
Время
Расстояние до пьезопластины
A
C
B

Фазированная Решетка
Генерация сигнала
Распространение
волнового фронта
Сферические элементарные
волны возбуждения
Ближнее
поле
Дальнее
поле
Фокальная
точка
Импульсы
напряжения
(синфазные)

Фазированная Решетка
Генерация луча с определенным углом ввода
Элемент ФР
Время
Призма
Материал
Время
Электронные задержки позволяют:
Генерировать угол ввода;
Фокусировать луч;
1+2 одновременно.

Фазированная Решетка
Прием сигнала в режиме Импульс-Эхо
Элемент ФР
Время
Призма
Материал
Время
Суммирование сигналов
Наложение задержек
A-Скан как у классического ПЭП

Фазированная решетка
Линейное сканирование
Перемещение активной апертуры
Электронное сканирование без механического перемещения ПЭП

Фазированная Решетка
Сканирование по глубине
Фокусировка луча
ИЛИ

Фазированная Решетка
Секторное сканирование
Изменение угла ввода УЗ луча
ИЛИ

Фазированная Решетка
Основная дилемма метода
Основанная задача: получить тонкий луч для хорошей разрешающей способности и сохранить хороший диапазон углов ввода (качания) УЗ луча.
? Для формирования тонкого луча нужна большая активная апертура.
? Активная апертура = Кол-во элементов x Размер элемента
? Увеличение диапазона углов ввода требует уменьшения размера единичного элемента, что приводит к уменьшению размера активной апертуры и снижению разрешающей способности

Фазированная Решетка
Формула для оценки диапазона углов ввода

Фазированная Решетка
Акустическое поле фазированного ПЭП
Ось УЗ луча
Расстояние по лучу до максимума УЗ поля
Размер фокальной зоны (падение не более 6 дБ)