Công nghệ siêu âm tổ hợp pha (Phased array)

17.10.17, 14:00 GMT+7

Kiểm tra siêu âm tổ hợp pha (Phased array) là một kỹ thuật mở rộng nâng cao của phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) sử dụng sóng siêu âm. Trong kiểm tra siêu âm phased aray, đầu dò gồm nhiều biến tử độc lập, cách âm với nhau có bộ biến đổi số – tượng tự (ADC) riêng. Các biến tử này được kích thích bằng xung điện có độ trễ theo các chương trình cho trước. Sóng âm từ các biến tử này sẽ giao thoa và tạo nên chùm siêu âm có góc phát, điểm hội tụ theo ý muốn. Như vậy chùm siêu âm phased array được điều khiển bằng điện tử…

Gần như tương tự công nghệ sử dụng trong tạo ảnh siêu âm trong y tế với các thiết bị siêu âm sử dụng các đầu dò đặc biệt nhiều biến tử dạng dãy tổ hợp pha cùng với phần cứng và phần mềm chuyên dụng. Công nghệ kiểm tra siêu âm tổ hợp pha cũng có khả năng cung cấp những hình cắt lớp độ nét cao của các chi tiết kiểm tra.

Trong những năm gần đây, hệ thống tổ hợp pha ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong công nghiệp cung cấp thông tin cũng như sự hình dung cao hơn trong kiểm tra siêu âm thông thường bao gồm kiểm tra mối hàn, kiểm tra độ liên kết, phát hiện vết nứt trong khai thác …

Thế nào là hệ thống dãy tổ hợp pha
Đầu dò siêu âm thông thường cho NDT thường bao gồm hoặc là một biến tử vừa tạo ra vừa thu sóng âm tần số cao, hoặc cặp hai biến tử, một cho phát và một cho thu. Nhưng đầu dò dãy tổ hợp pha thường bao gồm từ 16 đến 256 biến tử nhỏ riêng biệt, mỗi biến tử có thể tạo xung riêng rẽ. Chúng có thể được sắp đặt theo dải, vòng tròn, hoặc có hình dạng phức tạp hơn. Cũng như đối với đầu dò thông thường, các đầu dò dãy tổ hợp pha có thể được thiết kế cho sử dụng tiếp xúc trực tiếp, hoặc kết nối với phần nêm để tạo các đầu dò góc, hoặc sử dụng cho kỹ thuật nhúng với sóng âm truyền qua nước tới chi tiết kiểm tra. Tần số đầu dò thường nằm trong dải từ 2 MHz đến 10 MHz. Hệ thống dãy tổ hợp pha cũng bao gồm thiết bị máy tính tinh vi có khả năng điều khiển đầu dò đa biến tử, thu nhận và số hóa xung quay trở lại và biểu diễn thông tin của xung trên các khổ tiêu chuẩn khác nhau. Không giống như các thiết bị dò khuyết tật siêu âm thông thường, hệ thống dãy tổ hợp pha có thể quét chùm tia dưới cả dải góc khúc xạ hoặc theo dọc theo đường thẳng, hoặc hội tụ ở những độ sâu khác nhau, do đó tăng tính linh hoạt và khả năng trong thiết lập kiểm tra.

KL_Cong nghe sieu am to hop pha (PHASED ARRAY)_01

Các đầu dò dãy điển hình

Nguyên tắc hoạt động
Hệ thống dãy tổ hợp pha sử dụng nguyên tắc vật lý của sóng để tạo pha, thay đổi thời gian giữa các sê- ri xung siêu âm theo cách sao cho từng mặt sóng tạo bởi mỗi từng biến tử của dãy kết hợp với nhau để tăng thêm hoặc triệt tiêu năng lượng theo chiều có thể dự đoán để hướng và tạo hình dạng cho chùm tia một cách hiệu quả.

Nó được thực hiện bởi dao động của các biến tử đầu dò ở những thời gian khác nhau chút ít. Thường thường các biến tử sẽ bị dao động theo nhóm từ 4 đến 32 để tăng độ nhạy một cách hiệu quả bằng cách giảm độ mở chùm tia không mong muốn và có thể hội tụ sắc nét hơn. Phần mềm sử dụng các định luật về hội tụ để thiết lập thời gian trễ phát xung cho từng nhóm các biến tử nhằm tạo ra chùm tia có hình dạng như mong muốn phù hợp với khả năng của đầu dò, đặc tính của phần nêm cũng như kích thước hình học và tính chất âm của vật liệu kiểm tra. Chuỗi xung được lập trình chọn bởi phần mềm hoạt động của thiết bị sau đó từng sóng âm đó được đưa vào vật liệu kiểm tra. Những sóng âm đó sẽ kết hợp với nhau tăng thêm hoặc triệt tiêu để tạo thành một sóng đơn sơ cấp truyền qua vật liệu kiểm tra và phản xạ lại từ các vết nứt, bất liên tục, mặt đáy và các mặt phân cách khác như sóng siêu âm thông thường. Chùm tia có thể được hướng theo các góc, tiêu cự, kích thước tiêu điểm khác nhau theo cách mà một đầu dò đơn có khả năng kiểm tra vật liệu với các phối cảnh khác nhau . Sự hướng chùm tia xảy ra rất nhanh nên quét với nhiều góc hoặc độ sâu hội tụ khác nhau có thể thực hiện trong một phần nhỏ của giây.

Xung phản xạ lại được thu bởi các biến tử khác nhau hoặc nhóm các biến tử và thời gian được thay đổi cần thiết cho sự thay đổi của phần trễ sau đó tổng hợp lại. Không giống như đầu dò một biến tử siêu âm thông thường hợp nhất tất cả thành phần chùm tia đập vào biến tử, đầu dò dãy tổ hợp pha có thể chọn những sóng âm phản xạ về theo thời gian và biên độ tại mỗi biến tử. Khi phần mềm của thiết bị đã xử lý, thông tin sẽ được hiển thị trên bất kì dạng nào.

KL_Cong nghe sieu am to hop pha (PHASED ARRAY)_02

Ví dụ chùm tia góc được tạo bởi đầu dò phẳng bằng cách thay đổi thời gian trễ

Hệ thống dãy tổ hợp pha hoàn toàn có thể sử dụng trong hầu hết các công việc kiểm tra mà thiết bị dò khuyết tật siêu âm đã từng sử dụng. Ứng dụng quan trọng nhất là kiểm tra và phát hiện vết nứt của mối hàn, công việc kiểm tra đó được thực hiện ở rất nhiều ngành công nghiệp khác nhau như hàng không, năng lượng, dầu khí, các nhà cung cấp phôi kim loại thanh và ống, xây dựng và bảo dưỡng đường ống, các kết cấu kim loại, và trong sản xuất nói chung. Công nghệ tổ hợp pha còn được sử dụng hiệu quả trong xác định hình dạng chiều dày còn lại trong các ứng dụng kiểm tra sự ăn mòn.

Tiện lợi của công nghệ tổ hợp pha so với siêu âm thông thường là khả năng sử dụng nhiều biến tử để hướng, hội tụ, và quét chùm tia chỉ với một đầu dò đơn. Hướng chùm tia, thường nói tới quét dạng quạt, có thể sử dụng để vẽ chi tiết ở những góc thích hợp. Điều đó đơn giản đi rất nhiều khi kiểm tra chi tiết có hình dạng phức tạp. Diện tích tiếp xúc của đầu dò nhỏ và khả năng quét chùm tia mà không cần dịch chuyển đầu dò cũng giúp cho việc kiểm tra các chi tiết mà sự tiếp cận cho quét cơ học bị hạn chế. Quét hình quạt cũng được sử dụng nhiều để kiểm tra mối hàn. Khả năng kiểm tra mối hàn với nhiều góc quét từ một đầu dò đã tăng đáng kể khả năng phát hiện các bất liên tục. Hội tụ điện tử cho phép tối ưu hình dạng và kích thước của chùm tia tại vị trí có thể xuất hiện khuyết tật, do đó tối ưu khả năng phát hiện. Khả năng hội tụ tại nhiều độ sâu cũng tăng khả năng xác định kích thước các khuyết tật quan trọng cho những kiểm tra lớn. Hội tụ cũng cải thiện được tỉ lệ tín hiệu/nhiễu trong các ứng dụng.

KL_Cong nghe sieu am to hop pha (PHASED ARRAY)_03

(Nguồn: congnghehan.vn)

Ý kiến bạn đọc