一种基于超声相控阵技术的磁性无损检测系统的制作方法

本发明属于超声波无损探伤，具体涉及一种基于超声相控阵技术的磁性无损检测系统。

背景技术：

1、超声波探伤仪是一种便携式工业无损探伤仪器，它能够快速、便捷、无损伤、精确地进行工件内部多种缺陷的检测、定位、评估和诊断；既可以用于实验室，也可以用于工程现场，广泛应用在锅炉、压力容器、航天、航空、电力、石油、化工等行业。现有普通超声波探伤仪由于其结构较为简单，并且结构较为固定的原因，在使用过程中，在使用时若是需要对多个方向进行测试，则难以满足同时进行测试的目的。超声相控阵技术缺少在探伤领域被有效利用，无论是直探头还是斜探头，都需要反射面沿原声波方向返回才能够检测到目标，现有的相控阵超声波探伤装置通过布置探头位置对压装处进行超声波无损探伤检测，该方式与普通超声探伤仪作用一样，无法充分发挥相控阵优势，即无法实现在检测过程中同时对表面其它部分进行超声波无损探伤检测；而且探头位置无法精确定位，从而影响了锲块与待检测面的耦合度，进而影响了 超声波无损探伤检测检出率，存在检出能力差、误报率高等缺点。

2、目前基于相控阵超声技术进行的带垫板对接焊缝内部质量自动检测体系中，基于探头示教轨迹进行的相控阵焊缝内部质量探伤，由于工件焊接变形、待检测工件安装误差、质检探伤执行机构系统误差，该技术使得相控阵探头沿焊缝扫查过程中相控阵探头到焊缝中心距离精度不可控。这种相控阵技术对于产品内部探伤时适合处理和检测较为简单的受损目标，位于产品材料内构造复杂时因信号复杂的问题导致需要技术支持要求性较高，而且不能一次性将所有方向目标都检测出来。

技术实现思路

1、对于无损探伤领域不能充分发挥超声相控阵技术优势的现状，应用于检测材料内部受损时存在难以精准检测和定位的问题，本发明提供一种基于超声相控阵技术的磁性无损检测系统，通过建立线性排列的相控阵列单元和方向规律变化的凸阵或凹阵相控阵列单元，实现多个阵元分时激发的进行无损检测。

2、本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种基于超声相控阵技术的磁性无损检测系统，包括超声传感器发射部分、超声传感器接收部分、控制部分、相控阵列单元和can总线，所述超声传感器发射部分通过脉冲发射单元触发相控阵列单元形成不同时序的方波序列，并通过相应发射探头向缺陷位置发射聚焦和/或偏转的超声波，所述超声传感器接收部分通过相应接收探头接收反射的回波信号，并分别经过相控阵列单元将回波信号输送至数据采集单元，数据采集单元对回波信号进行合成与识别，所述相控阵单元包括规则排列的多个阵元，包括线性排列的相控阵列单元和方向规律变化的凸阵或凹阵相控阵列单元，且线性排列的相控阵列单元与凸阵或凹阵相控阵列单元交错分布，所述控制部分用于控制个相控阵单元按照不同时序输出相应方波信号，并对声源的输出功率和频率进行控制。

3、采用can总线扩展多路超声波传感器。采用tjal040作为can总线收发器，tjal040的can_h和can_l引脚各自通过一个电阻一与can总线连接，各电阻起到一定的限流作用以保护tjal040不受过流的冲击，can_h和can_l与地之间并联了两个电容过滤掉总线上的高频干扰和一定的电磁辐射，两根can总线接入端与地之间分别反接了一个保护二极管，当can总线有较高的负电压时，通过二极管的续流起到一定的过压保护作用；总线两端接电阻二来匹配总线的阻抗。

4、所述超声传感器发射部分利用驱动放大器将控制器产生的方波放大输出，同时由控制器控制不同的超声波发射头按不同时序输出；所述超声传感器接收部分对返回信号通过cx20106a驱动放大送入单片机的外部中断接口，等待检测距离小于或等于设置距离时，则在中断服务程序中进行处理并通过can总线上报处理系统，输出故障部位信息。

5、在检测系统外壳的前端有总探头，总探头内依次排列有线阵排列相控阵列单元、x轴凸阵凹阵相控阵列单元和y轴凸阵凹阵相控阵列单元，其中线阵排列相控阵列单元包括基座和位于基座上侧多个规则分布的阵元，x轴凸阵凹阵相控阵列单元和y轴凸阵凹阵相控阵列单元分别包括基座和位于顶板上侧多个规则分布的阵元，其中x轴凸阵凹阵相控阵列单元的各阵元方向沿x轴一侧依次偏移，y轴凸阵凹阵相控阵列单元的各阵元方向沿y轴一侧依次偏移。

6、凸阵凹阵相控阵列单元包括动基座、底座和内嵌块，基座的下方两侧分别有基座轴孔，其顶部有v形顶面，在底座的两侧分别设置有支座，且有支座轴孔，所述基座轴孔与底座主控通过销轴铰接在一起，所述内嵌块套装于基座的内腔中，相邻各内嵌块之间通过拉杆串联固定在一起，各内嵌块的顶部具有配合斜面，各配合斜面与所述v形顶面匹配套装在一起，或存在配合间隙。所述拉杆的端部与电磁驱动机构连接。

7、本发明的有益效果：本发明系统通过建立线性排列的相控阵列单元和方向规律变化的凸阵或凹阵相控阵列单元，实现多个阵元分时激发的方式，首先确定被检测工件内部是否存在受损区域，通过线性、凸阵或凹阵交替激发相结合的方式确定受损区域大致位置。对于容易确认的受损区域通过线性排列的相控阵单元可有效确定，但通过对凸阵或凹阵相控阵列单元进行控制时，能够验证并进一步确定受损区域面积、位置和形状等信息，提高检测的可靠性和精准度。

技术特征：

1.一种基于超声相控阵技术的磁性无损检测系统，包括超声传感器发射部分、超声传感器接收部分、控制部分、相控阵列单元和can总线，其特征在于，所述超声传感器发射部分通过脉冲发射单元触发相控阵列单元形成不同时序的方波序列，并通过相应发射探头向缺陷位置发射聚焦和/或偏转的超声波，所述超声传感器接收部分通过相应接收探头接收反射的回波信号，并分别经过相控阵列单元将回波信号输送至数据采集单元，数据采集单元对回波信号进行合成与识别，所述相控阵单元包括规则排列的多个阵元，包括线性排列的相控阵列单元和方向规律变化的凸阵或凹阵相控阵列单元，且线性排列的相控阵列单元与凸阵或凹阵相控阵列单元交错分布，所述控制部分用于控制个相控阵单元按照不同时序输出相应方波信号，并对声源的输出功率和频率进行控制。

2.根据权利要求1所述的基于超声相控阵技术的磁性无损检测系统，其特征在于，采用can总线扩展多路超声波传感器。

3.根据权利要求1或2所述的基于超声相控阵技术的磁性无损检测系统，其特征在于，采用tjal040作为can总线收发器，tjal040的can_h和can_l引脚各自通过一个电阻一与can总线连接，各电阻起到一定的限流作用以保护tjal040不受过流的冲击，can_h和can_l与地之间并联了两个电容过滤掉总线上的高频干扰和一定的电磁辐射，两根can总线接入端与地之间分别反接了一个保护二极管，当can总线有较高的负电压时，通过二极管的续流起到一定的过压保护作用；总线两端接电阻二来匹配总线的阻抗。

4.根据权利要求1所述的基于超声相控阵技术的磁性无损检测系统，其特征在于，所述超声传感器发射部分利用驱动放大器将控制器产生的方波放大输出，同时由控制器控制不同的超声波发射头按不同时序输出；所述超声传感器接收部分对返回信号通过cx20106a驱动放大送入单片机的外部中断接口，等待检测距离小于或等于设置距离时，则在中断服务程序中进行处理并通过can总线上报处理系统，输出故障部位信息。

5.根据权利要求4所述的基于超声相控阵技术的磁性无损检测系统，其特征在于，等待检测距离小于或等于设置距离时，控制器控制凸阵或凹阵相控阵列单元，沿x轴或沿y轴移动或翻转，各凸阵或凹阵相控阵列单元在移动或翻转时，相应阵元移动或摆动一个小的角度。

6.根据权利要求1所述的基于超声相控阵技术的磁性无损检测系统，其特征在于，在检测系统外壳（1）的前端有总探头（2），总探头（2）内依次排列有线阵排列相控阵列单元（5）、x轴凸阵凹阵相控阵列单元（3）和y轴凸阵凹阵相控阵列单元（4），其中线阵排列相控阵列单元（5）包括基座和位于基座上侧多个规则分布的阵元（6），x轴凸阵凹阵相控阵列单元（3）和y轴凸阵凹阵相控阵列单元（4）分别包括基座和位于顶板上侧多个规则分布的阵元，其中x轴凸阵凹阵相控阵列单元（3）的各阵元方向沿x轴一侧依次偏移，y轴凸阵凹阵相控阵列单元（4）的各阵元方向沿y轴一侧依次偏移。

7.根据权利要求6所述的基于超声相控阵技术的磁性无损检测系统，其特征在于，凸阵凹阵相控阵列单元（3）包括动基座（33）、底座（7）和内嵌块（8），基座（33）的下方两侧分别有基座轴孔（34），其顶部有v形顶面（35），在底座（7）的两侧分别设置有支座（71），且有支座轴孔（72），所述基座轴孔（34）与底座主控（72）通过销轴铰接在一起，所述内嵌块（8）套装于基座（33）的内腔中，相邻各内嵌块（8）之间通过拉杆（81）串联固定在一起，各内嵌块（8）的顶部具有配合斜面（81），各配合斜面与所述v形顶面（35）匹配套装在一起，或存在配合间隙，所述拉杆（82）的端部与电磁驱动机构（9）连接。

技术总结
本发明提供一种基于超声相控阵技术的磁性无损检测系统，包括超声传感器发射部分、超声传感器接收部分、控制部分、相控阵列单元和CAN总线，通过发射探头向缺陷位置发射聚焦和/或偏转的超声波，超声传感器接收部分通过相应接收探头接收反射的回波信号并经过相控阵列单元将回波信号输送至数据采集单元，数据采集单元对回波信号进行合成与识别，本发明系统通过建立线性排列的相控阵列单元和方向规律变化的凸阵或凹阵相控阵列单元，实现多个阵元分时激发的方式，能够验证并进一步确定受损区域面积、位置和形状等信息，提高检测的可靠性和精准度。

技术研发人员：金宗明,郑亮,刘婉君,房艳利
受保护的技术使用者：天津市滨海新区检验检测中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12