Ultrazvuk s fázovaným polem - Phased array ultrasonics

Animace zobrazující princip ultrazvukového skeneru používaného při lékařském ultrazvukovém zobrazování. Skládá se z tvarování paprsku oscilátor (TX) který produkuje elektronický signál skládající se z pulzů sinusových vln kmitajících na ultrazvukové frekvenci, který je aplikován na pole ultrazvukové měniče (T) v kontaktu s povrchem kůže, který převádí elektrický signál na ultrazvukové vlny procházející tkání. Časování pulsů 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 kombinují se (překrýt ) za účelem vytvoření rovinných vln a vytvoření paprsku zvuku pohybujícího se určitým směrem. Vzhledem k tomu, že puls z každého měniče je postupně zpožděn směrem nahoru, vydává každý měnič svůj pulz za jeden pod ním. To má za následek paprsek zvukových vln emitovaných pod úhlem (θ) do pole. Změnou pulzních zpoždění může počítač skenovat paprsek ultrazvuku v rastrovém vzoru přes tkáň. Ozvěny odražené od tkáně různé hustoty, přijímané měniči, vytvářejí obraz podkladových 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.

Ultrazvuk s fázovaným polem (PA) je pokročilá metoda ultrazvukové testování který má aplikace v lékařské zobrazování a průmyslové nedestruktivní testování. Běžné aplikace jsou pro neinvazivně zkoumat srdce nebo najít nedostatky vyrobeno materiály jako svary. Single-element (non-fázované pole ) sondy, technicky známý jako monolitický sondy, vyzařují 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 postupné odkazuje na načasování a termín pole odkazuje na více prvků. Fázované pole ultrazvukové testování je založeno na principech mávat fyzika, které mají také aplikace v oborech jako optika a elektromagnetické antény.

Princip činnosti

Sonda PA se skládá z mnoha malých ultrazvukové měniče, 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 např konstrukce, potrubí a výroba elektřiny. 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.^[1] Kromě detekce chyb v součástech lze fázové pole také použít pro měření tloušťky stěny ve spojení s koroze testování.^[2]^[3]Fázované pole lze použít pro následující průmyslové účely:

Kontrola svarů^[4]
Měření tloušťky
Kontrola koroze
PAUT Validation / Demonstration Blocks^[5]
Kontrola kolejových vozidel (kola a nápravy)
PAUT & TOFD Standardní kalibrační bloky

Vlastnosti fázovaného pole

Na staveništi technik testuje a potrubí svar pro defekty pomocí ultrazvukového fázovaného 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 lékařská ultrasonografie.
Více prvků sondy vytváří řiditelný a zaostřený paprsek.^[6]
Velikost ohniska závisí na aktivní cloně sondy (A), vlnové délce (λ) a ohnisková vzdálenost (F).^[7] Zaostřování je omezeno na blízké pole sondy s fázovaným polem.
- ${displaystyle {ext {velikost ohniskového místa}} = Flambda / A}$
- ${displaystyle {ext {Near Field}} = A ^ {2} / 4lambda}$
Produkuje obrázek, který zobrazuje řez objektem.
Ve srovnání s konvenčními, jednoprvkovými ultrazvukové testování systémy, PA přístroje a sondy jsou 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 - Využití (polo) automatizované technologie fázovaných polí

Viz také

Fázované pole (obecná teorie a elektromagnetická telekomunikace).
Fázovaná optika pole

Reference

^ Koroze pod kontrolou podpory potrubí. Citováno 13. července 2012.
^ Fázované pole (PA). Citováno 13. července 2012
^ Mapování koroze pomocí ultrazvuku s fázovaným polem. 2011 API Inspection Summit and Expo. Citováno 13. července 2012.^{[trvalý mrtvý odkaz ]}
^ ASTM, E2700 (2012). Nedestruktivní testování, sv. 3.03, Kontaktní ultrazvukové testování svarů pomocí fázovaných polí. Conshohocken, PA: Americká společnost pro testování materiálů. str. 1536–44. ISBN 978-0-8031-8729-0.
^ [1]
^ ASTM, E2491 (2012). Nedestruktivní testování vol. 3.03, Vyhodnocování charakteristik fázových polí ultrazvukových testovacích přístrojů a systémů. Conshohocken, PA: Americká společnost pro testování materiálů. str. 1358–75. ISBN 978-0-8031-8729-0.
^ Birring, Anmol (září 2008). "Výběr parametrů fázovaných polí pro testování svaru". Hodnocení materiálů.

Knihy

Kód kotle a tlakové nádoby ASME. Americká společnost strojních inženýrů, 2013. Oddíl V - Nedestruktivní zkouška. [Viz článek 4 - Ultrazvukové vyšetřovací metody pro svary. Odstavec E-474 Technika pole ve fázi UT]

externí odkazy

FOCUS - rychlý objektově orientovaný ultrazvukový simulátor C ++ [MATLAB rutiny pro vytváření a simulaci fázovaných polí]
Fázovaný animovaný simulátor pole [registrace vyžadována po 5 minutách používání]
Výukový program fázovaných polí Zdroj pro vzdělávání od společnosti Olympus

[1] Koroze pod kontrolou podpory potrubí. Citováno 13. července 2012.

[2] Fázované pole (PA). Citováno 13. července 2012

[3] Mapování koroze pomocí ultrazvuku s fázovaným polem. 2011 API Inspection Summit and Expo. Citováno 13. července 2012.^{[trvalý mrtvý odkaz ]}

[4] ASTM, E2700 (2012). Nedestruktivní testování, sv. 3.03, Kontaktní ultrazvukové testování svarů pomocí fázovaných polí. Conshohocken, PA: Americká společnost pro testování materiálů. str. 1536–44. ISBN 978-0-8031-8729-0.

[5] [1]

[6] ASTM, E2491 (2012). Nedestruktivní testování vol. 3.03, Vyhodnocování charakteristik fázových polí ultrazvukových testovacích přístrojů a systémů. Conshohocken, PA: Americká společnost pro testování materiálů. str. 1358–75. ISBN 978-0-8031-8729-0.

[7] Birring, Anmol (září 2008). "Výběr parametrů fázovaných polí pro testování svaru". Hodnocení materiálů.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]