相控阵超声检测系统特性评价的具体要求（下）
李衍 无锡市锅炉压力容器学会无损检测专委会
3 相控阵元有效性的测定
3．1 概述
此特性评价用于确定相控阵探头的所有阵元是否有效(可激活)，各阵元发射声能是否一致。这是因为在正常的时控操作过程中，每一阵元均需有单独的脉冲发生器和接收器编址，所用方法必须确保相控阵仪器的电子性能对各阵元保持一致，任何差别只可归属于探头本身。为确保阵元特性的变化只能归属于探头结构，每一阵元只能选定一个脉冲发生器一接收器连接通道。
3．2 配置和测试方法
1)将要测试的相控阵探头连接到相控阵超声仪器上，使延迟线或折射楔在探头上移动。
2)将探头置于IIW试块25mm厚度的探测面上，探头与试块接触面之间有均匀的耦合层。为此可采用间隙接触法，探头一试块充水耦合，也可采用水程固定的水浸法(用水一钢界面信号监视耦合状态)。
3)设置一个阵元的电子扫描，即对阵列中的所有阵元来说，只在某一时刻沿一个阵元扫描(这就是保证每一聚焦律只用一个脉冲发生器一接收器；若通道可选，则每个阵元用的通道应相同)。调节脉冲发生器参数，令探头阵列在正常频率下获得最佳响应，对探头中的每一阵元来说，就是要将试块底面的一个脉冲回波，或水程回波调到80％满屏高。
4)对阵列中的每一阵元，观察其A扫描显示，并记录每一阵元要求达到的80％信号幅度的接收器增益。将结果记录。
5)注意并记录未得底波或水程信号的阵元(即无效阵元)。将结果也应记录。
6)若可用事先打包的编程来核查阵元的有效与否，这也可作为变通方法。
7)采集到的数据可用于评价探头的一致性和功能性。可用保存到文档中的同样的仪器调整值(包括增益)，与以往的评价进行比较。提供80%；满屏高的接收器增益值，与以往评价的数值误差应在±2dB范围内，而相互之间的误差也应保持在±2dB以内。
8)探头中无效阵元和相邻无效阵元的总数应由合同双方商定并在书面规程中注明。对基准值和在用检测来说，此数值可以不同。有些相控阵探头可能有数百个阵元；还有些新型相控阵探头，为保证与阵元的电连接达到零点几毫米的数量级，因制造困难，以致存在无效阵元。
9)允许的无效阵元数应根据其它能力特性要求而定，如要使用的聚焦法则的聚焦范围和可变角范围。无效阵元数无一简单规则可适用于各种相控阵探头。一般说来，一个探头中若有25％以上的无效阵元，灵敏度和可变角能力是可以兼顾的。同理，允许的无效相邻阵元数，应根据应用所需可变角和电子光栅分辨力决定。
10)为进行比照评价，耦合的稳定性很重要。用接触法时，若阵元评价产生的信号超出±2dB范围，则需核查耦合，重新测试。若再测后还是超标，则该探头应停用，经修正后再用。采用水程固定的水浸法，可减少耦合变异。
11)如有可能，探头停用前，测试用的电缆最好另换一根电缆，以验证确认无效阵元不是由坏电缆引起的。
1 2)电缆连接适配器应能允许多股连接器可单独检测使用。这种适配器可直接连到相控阵仪器上，以验证所有输出通道均有效；也可连到电缆的探头端，以确认互联电缆中各同轴连接器的连通性。图7即为用于识别相控阵仪器或电缆中无效通道的显示示例(根据箭头指示生成图像来检查相控阵脉冲发生器一接收器控制板的工作是否正常，有白色条纹者表示有无效阵元存在)。
4 相控阵聚焦能力的评定
4．1 概述
超声波束的聚焦是基于众所周知的原理。但与普通单晶探头不同的是，相控阵系统可设置成在一系列声程范围内聚焦，而且发射和接收两种方式均可聚焦。聚焦算法的有效性可通过声束特性尺寸的测定来评价。这类似于本文第1节所述相控阵声束轮廓的测定。聚焦的限度是探头参数所固有的，它受制于相控阵超声仪器的最低延时能力。
4．2 配置和测试方法
1)按要评价的聚焦法则配置相控阵系统，将相控阵探头置于图1所示横孔试块上。对设有延迟线或不设延迟线的纵波探头，以及对装有折射楔块的横波探头，均可用此法评价。
2)用此法可评价单一折射角的聚焦能力。用多个折射角时，就要对各个折射角分别评价聚焦能力。
3)对有关平面进行电子扫描或编码机械扫查时，要汇集全部波形，并将其显示在深度校准的B扫描投影图像中(如图8所示)。
4)聚焦算法的有效性，要用最大波幅的dB降落法所测出的投影图像直径，与试块横孔机加工的实际孔径进行比较来评定。
5)聚焦算法的工作范围可以商定针对横孔直径容许超标的最大尺寸。例如，对φ相控阵聚焦能力的评定
4．1 概述
超声波束的聚焦是基于众所周知的原理。但与普通单晶探头不同的是，相控阵系统可设置成在一系列声程范围内聚焦，而且发射和接收两种方式均可聚焦。聚焦算法的有效性可通过声束特性尺寸的测定来评价。这类似于本文第1节所述相控阵声束轮廓的测定。聚焦的限度是探头参数所固有的，它受制于相控阵超声仪器的最低延时能力。
4．2 配置和测试方法
1)按要评价的聚焦法则配置相控阵系统，将相控阵探头置于图1所示横孔试块上。对设有延迟线或不设延迟线的纵波探头，以及对装有折射楔块的横波探头，均可用此法评价。
2)用此法可评价单一折射角的聚焦能力。用多个折射角时，就要对各个折射角分别评价聚焦能力。
3)对有关平面进行电子扫描或编码机械扫查时，要汇集全部波形，并将其显示在深度校准的B扫描投影图像中(如图8所示)。2ram横孔，是指用6dB法从B扫描上测出的显示尺寸，工作范围可定义为B扫描图像能保持6dB尺寸小于2倍实际孔径时的深度或声程距离。
6)对孔径和焦点尺寸要有实际可行的限值。聚焦声束一般不可能获得小于所用波长约1．5倍的焦点尺寸。如钢中频率5MHz的纵波，焦点尺寸的限值约为17mm。另外，焦点尺寸也与声程有关：孔的深度位置越深，则声束聚焦越弱。
7)为使孔径评价有意义，取样间距必须小于所要评定的标靶。一般推荐对每一孔径，至少4次取样。例如，孔径2mm的横孔靶体，机械编码扫查的取样间距应为0．5mm；或对电子扫描来说，各个聚焦法则之间的进阶，应不大于0．5mm(这受制于探头阵元芯距)。
3 相控阵元有效性的测定
3．1 概述
3．2 配置和测试方法
1)将要测试的相控阵
2)将探头置于IIW试块25mm厚度的探测面上，探头与试块接触面之间有均匀的耦合层。为此可采用间隙接触法，探头一试块充水耦合，也可采用水程固定的水浸法(用水一钢界面信号监视耦合状态)。
3)设置一个阵元的电子扫描，即对阵列中的所有阵元来说，只在某一时刻沿一个阵元扫描(这就是保证每一聚焦律只用一个脉冲发生器一接收器；若通道可选，则每个阵元用的通道应相同)。调节脉冲发生器参数，令探头阵列在正常频率下获得最佳响应，对探头中的每一阵元来说，就是要将试块底面的一个脉冲回波，或水程回波调到80％满屏高。
4)对阵列中的每一阵元，观察其A扫描显示，并记录每一阵元要求达到的80％信号幅度的接收器增益。将结果记录。
5)注意并记录未得底波或水程信号的阵元(即无效阵元)。将结果也应记录。
6)若可用事先打包的编程来核查阵元的有效与否，这也可作为变通方法。
7)采集到的数据可用于评价探头的一致性和功能性。可用保存到文档中的同样的仪器调整值(包括增益)，与以往的评价进行比较。提供80%；满屏高的接收器增益值，与以往评价的数值误差应在±2dB范围内，而相互之间的误差也应保持在±2dB以内。
8)探头中无效阵元和相邻无效阵元的总数应由合同双方商定并在书面规程中注明。对基准值和在用检测来说，此数值可以不同。有些相控阵
9)允许的无效阵元数应根据其它能力特性要求而定，如要使用的聚焦法则的聚焦范围和可变角范围。无效阵元数无一简单规则可适用于各种相控阵
10)为进行比照评价，耦合的稳定性很重要。用接触法时，若阵元评价产生的信号超出±2dB范围，则需核查耦合，重新测试。若再测后还是超标，则该探头应停用，经修正后再用。采用水程固定的水浸法，可减少耦合变异。
11)如有可能，探头停用前，测试用的电缆最好另换一根电缆，以验证确认无效阵元不是由坏电缆引起的。
1 2)电缆连接适配器应能允许多股连接器可单独检测使用。这种适配器可直接连到相控阵
4．1 概述
4．2 配置和测试方法
1)按要评价的聚焦法则配置相控阵
2)用此法可评价单一折射角的聚焦能力。用多个折射角时，就要对各个折射角分别评价聚焦能力。
3)对有关平面进行电子扫描或编码机械扫查时，要汇集全部波形，并将其显示在深度校准的B扫描投影图像中(如图8所示)。
4)聚焦算法的有效性，要用最大波幅的dB降落法所测出的投影图像直径，与试块横孔机加工的实际孔径进行比较来评定。
5)聚焦算法的工作范围可以商定针对横孔直径容许超标的最大尺寸。例如，对φ相控阵
4．1 概述
4．2 配置和测试方法
1)按要评价的聚焦法则配置相控阵
2)用此法可评价单一折射角的聚焦能力。用多个折射角时，就要对各个折射角分别评价聚焦能力。
3)对有关平面进行电子扫描或编码机械扫查时，要汇集全部波形，并将其显示在深度校准的B扫描投影图像中(如图8所示)。2ram横孔，是指用6dB法从B扫描上测出的显示尺寸，工作范围可定义为B扫描图像能保持6dB尺寸小于2倍实际孔径时的深度或声程距离。
6)对孔径和焦点尺寸要有实际可行的限值。聚焦声束一般不可能获得小于所用波长约1．5倍的焦点尺寸。如钢中频率5MHz的纵波，焦点尺寸的限值约为17mm。另外，焦点尺寸也与声程有关：孔的深度位置越深，则声束聚焦越弱。
7)为使孔径评价有意义，取样间距必须小于所要评定的标靶。一般推荐对每一孔径，至少4次取样。例如，孔径2mm的横孔靶体，机械编码扫查的取样间距应为0．5mm；或对电子扫描来说，各个聚焦法则之间的进阶，应不大于0．5mm(这受制于探头阵元芯距)。
