本發(fā)明涉及無損檢測領域，具體涉及一種用于相控陣超聲探頭晶片有效性的測試及評價方法。
背景技術：
：相控陣超聲檢測技術是目前國內外無損檢測技術發(fā)展的新方向，新動力、是最先進的檢測技術之一。相控陣超聲技術是利用電子方式控制相控陣超聲探頭的聲束來實現超聲波發(fā)射、接收的方法。相控陣超聲探頭晶片是由多個小晶片構成，每個小晶片又稱為陣元。每個陣元能被獨立的激發(fā)，并施加不同的時間延遲，所有陣元發(fā)射的超聲波形成一個整體波陣面，能夠實現動態(tài)聚焦，并能有效地控制發(fā)射超聲束的形狀和方向。它為確定缺陷的形狀、大小和方向提供出比單個或多個常規(guī)超聲波探頭系統(tǒng)更大的能力。相控陣超聲檢測技術具有成像功能，檢測結果以圖像形式顯示，分為A掃描、B掃描、S掃描、E掃描及P掃描等，直觀易懂，存儲的數據具有動態(tài)回放功能，并且還能記錄掃查位置。這些功能是常規(guī)超聲檢測技術難以做到的。相控陣超聲檢測技術已經在我國開始應用，例如在西氣東輸管道工程檢測管道環(huán)焊縫，在安徽六安和安慶火力發(fā)電廠檢測薄壁小徑管環(huán)焊縫，對汽輪機葉片根部和渦輪圓盤的檢測、火車輪軸檢測、核電站主泵隔熱板的檢測等等，有著巨大的應用空間，體現出相控陣超聲檢測的優(yōu)越性。相控陣超聲探頭中的小晶片(陣元)在實際使用易損壞，造成檢測靈敏度降低及影響扇形掃描角度偏轉范圍等。目前國外標準ASMEⅤ《無損檢測》中ASTME2491《評價相控陣超聲波檢測儀器和系統(tǒng)性能的標準指南》有晶片有效性的測試方法，國內標準中有GB/T29302《無損檢測儀器相控陣超聲檢測系統(tǒng)的性能與檢驗》、JB/T11731《無損檢測超聲相控陣探頭通用技術條件》及JB/T11779《無損檢測儀器相控陣超聲檢測儀技術條件》都有晶片有效性的測試方法，但它們都有一個共同的缺點，采用試塊及水浸法測試晶片的有效性，即屬于實驗室的測試方法，不適用于現場檢測測試應用，在檢測過程中不能及時測試晶片的好壞，不知道檢測靈敏度是否發(fā)生變化，影響檢測結果的準確性及檢測進度。技術實現要素：為了克服現有相控陣超聲探頭晶片有效性的測試方法不足，本發(fā)明提出了一種用于相控陣超聲探頭晶片有效性的測試及評價方法。該測試方法適用于現場檢測應用，能及時測試晶片的好壞，為相控陣超聲技術應用提供保障措施。本發(fā)明解決技術問題所采用的方案是：一種用于相控陣超聲探頭晶片有效性的測試及評價方法，采用相控陣超聲儀器激發(fā)相控陣探頭晶片中陣元(小晶片)產生超聲波入射到相控陣探頭楔塊底面產生的回波信號，通過回波信號的幅度判定晶片的有效性。所述的相控陣超聲儀器具有扇形掃描和線性掃描功能，還應具有帶楔塊掃查和未安裝楔塊掃查的功能；所述的相控陣探頭是由晶片和楔塊兩部分構成。相控陣探頭晶片由多個小晶片組成，單個小晶片又稱為陣元；楔塊的選擇應與被測試探頭楔塊規(guī)格相同、未經使用且具有廠家合格證的楔塊，即標準楔塊。所述的相控陣探頭晶片有效性測試步驟包括：第一步將被測試的相控陣探頭晶片安裝在規(guī)格相同的標準楔塊上；第二步將安裝好的相控陣探頭與相控陣超聲儀器相連；第三步進行參數設置(1)激發(fā)電壓選擇最低級別；(2)工件厚度設置為最小值；(3)材料聲速設置為楔塊聲速；(4)入射角選擇0度角或與晶片陣列垂直的角度；(5)測量值選擇波幅值，測量方式選擇波峰點；(6)激發(fā)晶片數選擇為1，從第一個晶片開始激發(fā)。第四步通過相控陣超聲儀器激發(fā)相控陣探頭中每個晶片，產生A掃描信號；第五步選擇某個晶片產生的A掃描信號，通過調節(jié)濾波器及脈沖寬度等功能鍵，進行優(yōu)化A掃描波形，使A掃描信號達到最佳狀態(tài)；第六步開始測試(1)先從第一個晶片開始激發(fā)，直到最后一個晶片，確認幅度最高的晶片序號。(2)將幅度最高的晶片波高調整到大于滿屏高度的40％，此時的波高為基準波高。(3)保持基準波高的增益值(靈敏度)不變，從第一個晶片開始激發(fā)，激發(fā)第一個晶片時會產生一個A掃描波形信號，將閘門移到A掃描信號上，此時從測量值中讀出“第一個晶片波幅值”，記下第一個晶片對應的波幅值(H1)；然后激發(fā)第二個晶片，同樣再記下第二個晶片對應的波幅值；以此類推，直到激發(fā)最后一個晶片，記下最后一個晶片對應的波幅值(Hn)為止。(4)最后將測試的每個晶片及對應的波幅值依次列成表，以便用于評價。(5)對于沒有信號的晶片，應更換相控陣探頭，判斷是通道有問題還是晶片的問題。所述的相控陣探頭晶片有效性的評價就是對測試的數據進行判定：(1)失效晶片評價的判定單個晶片信號的幅度值相對于基準波高的差值大于等于12dB為失效晶片。(2)完好晶片評價的判定單個晶片信號的幅度值相對于基準波高的差值小于12dB為完好晶片。所述相控陣超聲探頭晶片為平面晶片或曲面晶片。采用相控陣超聲儀器激發(fā)相控陣探頭晶片中每個陣元(小晶片)產生超聲波入射到相控陣探頭楔塊底面產生的回波信號，通過回波信號的幅度判定晶片的有效性。本發(fā)明的積極效果在于：本發(fā)明方法操作簡單、實用，便于攜帶，無輻射，無污染，在檢測過程中能及時測試晶片的好壞，能保證檢測靈敏度和檢測結果的準確性，也能提高檢測效率。具體實施方式現有國內外無損檢測標準中規(guī)定的相控陣超聲探頭晶片有效性的測試方法基本上都是實驗室方法，即需要的輔助器件多，例如試塊、水槽等，不便于在檢測現場實際應用，所以本發(fā)明提出一種操作簡單、實用、便于在現場應用的相控陣超聲探頭晶片有效性的測試及評價方法。檢測方法采用相控陣超聲儀器激發(fā)相控陣探頭晶片中每個陣元(小晶片)產生超聲波入射到相控陣探頭楔塊底面產生的回波信號，通過回波信號的幅度判定晶片有效性的方法。實施例1：實施例1是平面晶片，測試一個編號為104379的相控陣探頭晶片有效性，該探頭具體參數是：頻率為5MHz、晶片數(陣元數)n為32個晶片、相鄰兩陣元中心線間距p為0.5mm，陣元寬度e為0.4mm，相鄰兩陣元之間的間隙g為0.1mm。所述的相控陣超聲儀器是采用具有扇形掃描和線性掃描功能的ISONIC-PA-2009相控陣超聲儀器；所述的相控陣探頭是采用編號為104379的探頭，即:(1)晶片參數：頻率為5MHz、陣元數n為32、相鄰兩陣元中心線間距p為0.5mm、陣元寬度e為0.4mm、相鄰兩陣元之間的間隙g為0.1mm。(2)楔塊參數：楔塊角度(α)為36°，楔塊聲速為2337m/s，邊距(offset)為2.77mm，楔塊頂面寬度(W1)為15.87mm，楔塊底面寬度(W2)為32.6mm，楔塊前端高度(H1)為18.5mm，楔塊后端高度(H2)為6.35mm.。測試相控陣探頭晶片有效性應采用與被測試探頭的楔塊規(guī)格相同、未經使用且具有廠家合格證的楔塊，也就是標準楔塊。所述的相控陣探頭晶片有效性測試步驟包括：第一步將被測試的32個晶片的相控陣探頭(即探頭編號104379)安裝在規(guī)格相同的標準楔塊上；第二步將安裝好的相控陣探頭與相控陣超聲儀器(ISONIC-PA-2009)相連；第三步進行參數設置(1)激發(fā)電壓選擇最低級別，本實施例激發(fā)等級選擇為1；(2)工件厚度設置為最小值2.8mm；(3)材料聲速設置為楔塊聲速，即為2337m/s；(4)入射角選擇0度角或與晶片陣列垂直的角度；(5)測量值選擇波幅值，測量方式選擇波峰點；(6)激發(fā)晶片數選擇為1，從第一個晶片開始激發(fā)。第四步通過相控陣超聲儀器激發(fā)相控陣探頭中每個陣元，產生A掃描信號；第五步選擇1#陣元產生的A掃描信號，將濾波器低頻設置為1.9MHz、濾波器高頻設置為5.2MHz及脈沖寬度設置為125ns等，進行優(yōu)化A掃描波形，使A掃描信號達到最佳狀態(tài)；第六步開始測試(1)先從第一個晶片開始激發(fā)，直到最后一個晶片，確認幅度最高的晶片序號，即波幅最高的晶片序號為1#。(2)將幅度最高的1#晶片波高調整到滿屏高度的80％，增益值為30.5dB，此時的波高為基準波高。(3)保持基準波高的增益值(靈敏度)30.5dB不變，從第一個晶片開始激發(fā)，激發(fā)第一個晶片時會產生一個A掃描波形信號，將閘門移到A掃描信號上，此時從測量值中讀出“第一個晶片波幅值”，記下第一個晶片對應的波幅值(H1)；然后激發(fā)第二個晶片，同樣再記下第二個晶片對應的波幅值；以此類推，直到激發(fā)最后一個晶片，記下最后一個晶片對應的波幅值(Hn)為止。(4)最后將測試的每個晶片及對應的波幅值依次列成表(見表1)，以便用于評價。(5)對于沒有信號的晶片，應更換相控陣探頭，判斷是通道有問題還是晶片的問題。所述的相控陣探頭晶片有效性的評價就是對測試的數據進行判定：(1)失效晶片評價的判定單個晶片信號的幅度值相對于基準波高的差值大于等于12dB為失效晶片。(2)完好晶片評價的判定單個晶片信號的幅度值相對于基準波高的差值小于12dB為完好晶片。由表1可見，第24#晶片波高為17.2％，基準波高為80％，兩者幅度差值為62.8％，大于60％，即大于12dB，故第24#晶片為失效晶片。因為基準波高80％降低12dB，波高為20％，兩者幅度差值為60％。所以說第24#晶片為失效晶片，其它晶片為完好晶片。表15MHz、32晶片相控陣探頭(探頭編號為104379)晶片有效性測試表晶片序號1#2#3#4#5#6#7#8#波高(H)80％63.8％50.6％69.7％65.8％72％71.2％71.6％晶片序號9#10#11#12#13#14#15#16#波高(H)72％70.1％56％64.6％62.6％64.2％59.5％58.7％晶片序號17#18#19#20#21#22#23#24#波高(H)57.1％54.4％57.9％54.4％54.4％58.7％55.6％17.2％晶片序號25#26#27#28#29#30#31#32#波高(H)36.8％48.5％47％45％45.4％45.4％37.6％36.4％實施例2：實施例2是曲面晶片，測試一個編號為7.5MHzS16-0.5×10W39的相控陣探頭晶片有效性，該探頭具體參數是：晶片的曲率半徑為35mm，頻率為7.5MHz、晶片數(陣元數)n為16個晶片、相鄰兩陣元中心線間距p為0.5mm，陣元寬度e為0.4mm，相鄰兩陣元之間的間隙g為0.1mm，陣元的長度為10mm，楔塊的角度為39度。所述的相控陣超聲儀器是采用具有扇形掃描和線性掃描功能的ISONIC-PA-2009相控陣超聲儀器；所述的相控陣探頭是采用編號為7.5MHzS16-0.5×10W39的探頭，即:(1)晶片參數：晶片的曲率半徑為35mm，頻率為7.5MHz、陣元數n為16、相鄰兩陣元中心線間距p為0.5mm、陣元寬度e為0.4mm、相鄰兩陣元之間的間隙g為0.1mm，晶片(陣元)的長度為10mm。(2)楔塊參數：楔塊角度(α)為39°，楔塊聲速為2337m/s，邊距(offset)為2mm，楔塊頂面寬度(W1)為8.11mm，楔塊底面寬度(W2)為18mm，楔塊前端高度(H1)為10mm，楔塊后端高度(H2)為2mm。測試相控陣探頭晶片有效性應采用與被測試探頭的楔塊規(guī)格相同、未經使用且具有廠家合格證的楔塊，也就是標準楔塊。所述的相控陣探頭晶片有效性測試步驟包括：第一步將被測試的16個晶片的相控陣探頭(即探頭編號7.5MHzS16-0.5×10W39)安裝在規(guī)格相同的標準楔塊上；第二步將安裝好的相控陣探頭與相控陣超聲儀器(ISONIC-PA-2009)相連；第三步進行參數設置(1)激發(fā)電壓選擇最低級別，本實施例激發(fā)等級選擇為1；(2)工件厚度設置為最小值2.8mm；(3)材料聲速設置為楔塊聲速，即為2337m/s；(4)入射角選擇0度角或與晶片陣列垂直的角度；(5)測量值選擇波幅值，測量方式選擇波峰點；(6)激發(fā)晶片數選擇為1，從第一個晶片開始激發(fā)。第四步通過相控陣超聲儀器激發(fā)相控陣探頭中每個陣元，產生A掃描信號；第五步選擇3#陣元產生的A掃描信號，將濾波器低頻設置為6.1MHz、濾波器高頻設置為9.1MHz及脈沖寬度設置為75ns等，進行優(yōu)化A掃描波形，使A掃描信號達到最佳狀態(tài)；第六步開始測試(1)先從第一個晶片開始激發(fā)，直到最后一個晶片，確認幅度最高的晶片序號，即波幅最高的晶片序號為3#。(2)將幅度最高的3#晶片波高調整到滿屏高度的80％，增益值為57dB，此時的波高為基準波高。(3)保持基準波高的增益值(靈敏度)57dB不變，從第一個晶片開始激發(fā)，激發(fā)第一個晶片時會產生一個A掃描波形信號，將閘門移到A掃描信號上，此時從測量值中讀出“第一個晶片波幅值”，記下第一個晶片對應的波幅值(H1)；然后激發(fā)第二個晶片，同樣再記下第二個晶片對應的波幅值；以此類推，直到激發(fā)最后一個晶片，記下最后一個晶片對應的波幅值(Hn)為止。(4)最后將測試的每個晶片及對應的波幅值依次列成表(見表2)，以便用于評價。(5)對于沒有信號的晶片，應更換相控陣探頭，判斷是通道有問題還是晶片的問題。所述的相控陣探頭晶片有效性的評價就是對測試的數據進行判定：(1)失效晶片評價的判定單個晶片信號的幅度值相對于基準波高的差值大于等于12dB為失效晶片。(2)完好晶片評價的判定單個晶片信號的幅度值相對于基準波高的差值小于12dB為完好晶片。由表2可見，每個晶片的幅度值均大于20％，相對于基準波高80％的差值均小于12dB，即兩者幅度差值均小于60％，說明每個晶片都是完好晶片。表27.5MHz、16晶片相控陣探頭(探頭編號為7.5MHzS16-0.5×10W39)晶片有效性測試表晶片序號1#2#3#4#5#6#7#8#波高(H)75.1％73.2％80％68.9％66.1％70.5％68.9％74％晶片序號9#10#11#12#13#14#15#16#波高(H)58.7％70.8％46.2％65％51.3％42.7％42.3％54.4％本發(fā)明相控陣超聲探頭晶片有效性的測試及評價方法的特點：(1)本發(fā)明方法操作簡單、實用、便于現場應用；(2)本發(fā)明方法不需要試塊及水槽等笨重輔助工具，僅需要一個小的完好楔塊，便于攜帶；(3)本發(fā)明方法無輻射、無污染；(4)本發(fā)明方法能及時測試晶片的好壞，能很好地保證檢測靈敏度和檢測結果的準確性，也能提高檢測效率。(5)本發(fā)明方法不僅適用于平面晶片的相控陣探頭，也適用于曲面晶片的相控陣探頭。以上所述實施方式僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發(fā)明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發(fā)明的權利要求書確定的保護范圍內。當前第1頁1 2 3