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相控阵超声全解析-03-PRF&扫查速度&幻影波
2021-03-12

       PRF - Pulse Repetition Frequency,即脉冲重复频率,是指间隔多长时间激发一次超声脉冲信号。

       这里可以把它比喻成体育运动里面的网球,当我们在做网球练习时,每次都是打出去的球,到了对面被返回来以后,才再次击球,所以两次击球之间的时间间隔频率就是PRF。

       那这个时间间隔有什么用呢?

       它的作用就是确保信号发射和接收不会混乱,这也是相控阵超声成像的基础。

       如下图所示,要想得到一个如下45°到70°的扇形扫查,仪器内部的激发过程是先通过调整激发时间和激发次序得到45°的声束(对此概念不清楚的童鞋请回看第一集“初识相控阵”),等45°的声束激发完成,并接收到了想接收的所有信号以后,此时才激发46°的声束。当46°的声束激发完成,并接收到了想接收的所有信号以后,此时才激发47°的声束,以此类推,直到70°声束激发并接收完成。

       当从45°到70°全部激发完成后,再次从45°开始下一轮激发,循环往复。

       而仪器会把45°到70°所有声束接收到的信号以图像的形式显示,即信号越强,颜色越深,最后融合以后就得到了扇形扫查的图像。

       由于PRF较高,即相邻角度之间激发的时间间隔很短,肉眼无法看到这中间的间断,所以看起来是一个完整的扇形扫查图像。

       对于线性扫查的PRF,即时间间隔,是指相邻两组声束之间的时间间隔,如第一组声束(1-16晶片激发)和第二组声束(2-17晶片激发)之间的激发时间间隔。

       时间间隔多少合适呢?

       PRF=1/两次激发之间的时间间隔,因而PRF越大,间隔时间越短,扫查速度可以越快。因为当探头从某一位置移动到下一位置时,PRF越大,间隔时间越短,则同一位置处就可能采集到更多次信号,这样可以以更快的速度进行扫查。

       看到此处可能有的童鞋又不淡定了,那赶紧把PRF设置到最大吧!

事实再次证明,任何事物都有其两面性,即马克思主义哲学的辩证思维方式告诉你,一个事情达到一定程度,一定会产生相反的作用。

       Stop。。。我已经深陷马克思主义哲学无法自拔,请见谅。

       当PRF设置的过高以后,第一次激发的信号还没有到达对面,并返回来,第二次激发的信号已经出发了,这时就可能产生混乱,即仪器无法判别回来的缺陷信号是第一次激发返回来的,还是第二次激发返回来的。

       最终PRF设置过大的结果就是产生所谓的幻影波(Ghost Echo),如果大家在做相控阵的时候出现下图的如一串珠子一样的信号,基本可以认为是产生了幻影波。

       所以幻影波通常在做检测前的校准时就已经能够发现,也就是在校准试块上的非缺陷位置出现了类似缺陷的信号,可以通过降低PRF来观察,如果随着PRF的降低,该信号消失或移动,就可以判断为幻影波。

       而出现幻影波的情况比较少见,通常只在长轴类等需要长声程的检测条件下出现。

       那归根结底,如何设置我们的PRF呢?基本原则就是在不出现幻影波的前提下,可以尽量使用更高的PRF。

       为什么PRF的概念对于相控阵仪器非常重要,而对于常规超声探伤仪则很少关注呢?就是因为常规超声是单通道设备,而且通常是手动扫查,所以对于PRF的要求不高;而相控阵设备是多通道设备,就像武侠小说里大侠之间差距就在分毫之间,谁出手更快,谁将占尽先机。

       对于相控阵设备,每组声束之间的切换时间都需要通过PRF来调节控制,声束越多,尤其是需要多探头联合自动或半自动扫查时,就需要更高的PRF来协调满足这么多声束短时间激发的需求,因而拥有一台具有较高PRF的设备是保证相控阵检测效率的关键要素之一。

       怎么样?了解了PRF的概念,及其与检测速度和幻影波之间的关系,是否对相控阵相关的其他概念也蠢蠢欲动了呢?且听下回分解。


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