【相控阵超声】全聚焦成像（TFM）、衍射时差法（TOFD）、探头结构

发布时间：2026/6/15 19:08:17

1、TFM全聚焦TFM:Total Focusing Method每次激励阵列探头的一个阵元所有的阵元都接收然后逐次遍历所有的阵元进行单独发射和全阵列接收共收到N×N 个A 扫描数据矩阵N 为阵列探头的阵元数量。优缺点与相控阵技术相比TFM 技术具有近场区灵敏度和分辨力高、表面盲区小等优势TFM采集的数据量大成像计算量大效率较低。相控阵技术基于常规A 超的声束和信号特征进行缺陷检测和分析技术跨度小TFM 技术更加偏重于“计算”无法控制某个具体声束的指向性2、TOFD2.1 介绍衍射时差法TOFDTime of Flight Diffraction是一种基于超声波衍射现象的无损检测技术通过测量缺陷端点衍射波的传播时间差来确定缺陷的位置和尺寸。2.2 原理1物理基础超声波遇到缺陷端点时会产生衍射波衍射波向各个方向传播强度较弱但信号特征明显不同端点的衍射波到达接收探头的时间不同2检测配置一发一收两个探头分别放置在焊缝两侧探头角度通常使用 60°-70° 纵波斜探头探头间距根据工件厚度计算确定3信号识别直通波沿工件表面传播的波作为时间零点底面反射波从工件底面反射的波缺陷衍射波从缺陷上下端点衍射的波2.3 对比技术定量精度检测速度设备成本适用场景TOFD高快高焊缝缺陷高度测量PAUT中高中高复杂结构检测常规 UT中中低一般缺陷检测RT中慢中体积型缺陷检测3、纵波、横波、表面波3.1 简介1纵波质点振动方向与波的传播方向一致的弹性波可在固、液、气中传播2横波质点振动方向与波的传播方向垂直的弹性波只能在固体中传播3表面波沿固体表面传播质点做椭圆运动的弹性波只在固体表面传播3.2 产生方式纵波、横波、表面波的产生和探头、楔块组合后声波传入被测介质的入射角有关入射角不断增大时纵波消失称为第1临界角横波消失称为第2临界角如下图所示1当入射角小于第1临界角时同时产生折射纵波L 和折射横波S且随着入射角度的增加纵波L逐渐减弱横波S 逐渐增强2当接近第1临界角时折射纵波和折射横波S 迅速减弱直至消失。3在第1临界角处折射纵波和折射横波的能量都转化为反射纵波。4当入射角大于第1临界角小于第2临界角时只有折射横波S波幅随着入射角增加先迅速增加至最大值而后逐渐减小。5当入射角达到第2临界角时折射横波消失折射横波能量转化为反射横波。6当入射角大于第2临界角时则只有表面波R且存在最佳入射角度65 °此时波幅最大。4、相控阵超声探头1结构压电复合材料是压电陶瓷与高分子聚合物复合构成所用的高分子聚合物有硅胶、环氧树脂、聚偏二氟乙烯PVDF等。2阵列3接口插头4插头命名方式5脉冲宽度Pulse Width探头发射的超声波脉冲持续时间控制脉冲能量脉冲越宽能量越大穿透能力越强脉冲越窄能量越小穿透能力越弱影响分辨率窄脉冲轴向分辨率高能区分距离更近的缺陷宽脉冲轴向分辨率低相邻缺陷可能合并显示影响信噪比宽脉冲信号强信噪比高窄脉冲信号弱信噪比低6重复频率Pulse Repetition Frequency, PRF单位时间内探头发射超声脉冲的次数单位为 Hz。控制检测速度PRF 越高单位时间内发射脉冲越多扫查速度越快PRF 越低扫查速度越慢影响数据采集密度高 PRF数据点密集成像质量好低 PRF数据点稀疏可能漏检小缺陷避免混叠现象PRF 过高会导致前一个脉冲的回波与后一个脉冲混淆