Co je struktura array?
Sonda phased array je sonda pro zkoušení ultrazvukem, obsahující řadu elementů, které mohou být jednotně pulzně aktivovány tak, aby směrovaly akustické vlny do konkrétního směru. Takto je možné provést zkoušení několika zón v rámci jednoho případu.
Co je struktura array?
Struktura array je organizované uspořádání velkého počtu objektů. Nejjednodušší formou struktury array pro nedestruktivní zkoušení ultrazvukem je řada několika jednoměničových sond uspořádaných tak, aby zvýšily pokrytí při provádění kontroly a/nebo provádění kontroly zrychlily.
Použití sond phased array
Sondy phased array se používají pro různé kontroly prováděné nedestruktivním způsobem, včetně:
- Kontrola trubek, kde jsou vícenásobné sondy často používány k detekci trhlin, zjišťování laminárních vad a měření celkové tloušťky
- Kované kovové díly, u kterých je často vyžadováno zaostřit větší počet sond v různých hloubkách k detekci malých vad v jednotlivých zónách
- Lineární uspořádání sond podél povrchu pro zvýšení pravděpodobnosti detekce laminárních vad v kompozitech a kovech napadených korozí
Tyto kontroly vyžadují vysokorychlostní vícekanálové ultrazvukové vybavení se správnými generátory impulzů, přijímači a logikou hradel, aby byl zpracován každý kanál a aby se pečlivě provedlo nastavení každého měniče pro jednotlivé zóny, v nichž se kontrola provádí.
Nejjednodušší forma sondy phased array je tvořena řadou jednotlivých elementů v jednom pouzdře. Elementy jsou mnohem menší než konvenční sondy a lze je aktivovat impulzem jako skupinu, a to tak, aby generovaly vlnoplochy, které lze směrově řídit. Toto elektronické tvarování svazku umožňuje naprogramovat větší počet zón kontroly a analyzovat je velmi vysokými rychlostmi při jediné poloze sondy. Tato problematika bude podrobněji pojednána později v tomto výukovém materiálu.
Charakteristiky sond phased array
Sondy phased array se funkčně kategorizují podle následujících základních parametrů
Typ: Většinu sond phased array tvoří sondy s úhlovým svazkem, konstruované k použití s plastovým klínem, přímou plastovou předsádkou (klín s úhlem nula stupňů) nebo zpožďovací předsádkou. Dostupné jsou i přímé kontaktní a imerzní sondy.
Frekvence: Většina defektoskopických ultrazvukových kontrol se provádí při frekvenci v rozmezí 2 MHz až 10 MHz, takže většina sond phased array pracuje v tomto rozsahu. Na trhu jsou však i sondy s vyšší a nižší frekvencí. Stejně jako u konvenčních sond se i u těchto sond penetrace (hloubka vniku do materiálu) zvyšuje s klesající frekvencí, zatímco rozlišení a ostrost zaostření se zvyšují s rostoucí frekvencí.
Počet elementů: phased array sondy běžně obsahují 16 až 128 elementů, některé jsou opatřeny až 256 elementy. Větší počet elementů zlepšuje zaostření a možnosti řízení a také může zvětšit oblast pokrytí. S větším počtem elementů však rostou jak náklady na sondu, tak na náklady na přístrojové vybavení. Každý z těchto elementů se aktivuje impulzem samostatně a vytvoří zájmovou vlnoplochu. Proto se rozměr napříč těmito elementy často označuje jako aktivní směr nebo řídicí směr.
Velikost elementů: Se zmenšující se velikostí elementů se zlepšuje možnost řízení svazku. K pokrytí velké oblasti je však zapotřebí větší počet elementů, což znamená vyšší náklady .
Rozměrové parametry zařízení phased array jsou obvykle definovány následovně:
Rozměrové parametry zařízení phased array jsou obvykle definovány následovně:
- N = celkový počet elementů ve struktuře array
- A = celková apertura v řídicím neboli aktivním směru
- H = výška elementu neboli elevace; vzhledem k tomu, že tato výška je pevná, je často nazývána pasivní rovinou
- p = rozteč neboli vzdálenost mezi středy dvou po sobě jdoucích elementů
- e = šířka jednotlivého elementu
- g = odstup mezi aktivními elementy
Tyto informace používá software přístroje k tomu, aby vygeneroval požadovaný tvar svazku. Nejsou-li zadány automaticky softwarem při rozpoznání sondy, musí být zadány uživatelem během nastavení.
Co je uvnitř sondy phased array
Sondy phased array se dodávají v provedení v mnoha různých velikostech, tvarech, frekvencích a s různým počtem elementů. Všechny však obsahují piezoelektrický měnič, který je rozdělen do velkého počtu segmentů.
V současnosti vyráběné sondy phased array pro průmyslové oblasti použití nedestruktivního zkoušení (NDT) jsou obvykle zkonstruovány z piezoelektrických materiálů, které mají podobu mnoha drobounkých tenkých tyčinek piezoelektrické keramiky usazených v polymerní matrici. I když je jejich výroba složitější, kompozitní sondy obvykle nabízejí o 10 až 30 dB vyšší citlivost než piezoelektrické měniče podobného konstrukčního provedení. Pokovení rozdělené na segmenty se používá pro rozdělení proužku kompozitního materiálu na velký počet elektricky oddělených elementů, které lze aktivovat impulzem jednotlivě. Tento segmentovaný element je následně začleněn do sestavy sondy, která zahrnuje ochrannou odpovídající vrstvu, podložku, připojení kabelů a vnější kryt.
Typy konfigurace sond phased array
Animace výše znázorňuje lineární strukturu array s obdélníkovým půdorysem. Toto je častá konfigurace sondy phased array. Strukturu array lze uspořádat jako matrici, aby se zajistilo lepší řízení svazku na průřezu povrchu, nebo jako kruhovou strukturu array poskytující obrazec pro zaostření, který se více podobá kulovému tvaru.
Sondy phased array mohou být uspořádány v několika různých konfiguracích, přičemž každá z nich má určité výhody a určité nevýhody. Mezi běžné konfigurace sond phased array patří:
Lineární sonda phased array
Lineární sondy phased array mají elementy uspořádané v přímce. Toto je nejběžnější konfigurace používaná při ultrazvukovém zkoušení technikou phased array. Výroba lineárních sond phased array je snadná, avšak pro dosažení zaostření do hloubky musí být sondy velké.
Prstencová sonda phased array
Prstencové sondy phased array a segmentované prstencové sondy phased array se vyznačují elementy uspořádanými v kruzích, které mají společný střed. Tyto sondy poskytují eliptické a sférické svazky s možností jejich řízení v různých hloubkách. Nicméně z důvodu jejich složitého konstrukčního provedení je jejich výroba náročná.
Konvexní (vypuklá) sonda phased array
Sondy phased array s konvexním uspořádáním, nazývané také zakřivené nebo křivočaré sondy, mají elementy uspořádány do oblouku. Tyto sondy jsou dobré pro zkoušení v hloubce, avšak se zvyšující se hloubkou se snižuje rozlišení obrazu.
Pravoúhlá sonda phased array
Pravoúhlé sondy phased array mají strukturu elementů uspořádanou do obdélníkového vzoru. I když tento vzor poskytuje vynikající možnosti řízení, vzhledem ke složitému konstrukčnímu provedení pravoúhlých sond phased array je jejich výroba obtížná.
Kruhová sonda phased array
Kruhové sondy phased array se vyznačují kruhovým uspořádáním elementů, avšak bez společného středu. Poskytují vynikající možnosti řízení v různých hloubkách, zejména u zakřivených cílů. Nicméně z důvodu složitého konstrukčního provedení je výroba kruhových sond phased array obtížná.