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相控阵超声全解析-02-通道16:128的含义
2021-03-12

       在跟一些接触过相控阵超声技术的人聊天,甚至是使用过相控阵设备的技术人员,都会提出一个疑问,什么是“XX:YYY通道”?(如16:128,32:128等)前面的数和后面的数到底代表什么意思?

       这个不应该是相控阵超声最基本的概念么?但经过深思熟虑之后,发现想要把这个概念理解透彻、解释清楚还是有些难度的,这也就是为什么今天要把这个概念拿出来详细聊聊。

       把这个概念了解清楚以后,下次再碰到有人跟你聊相控阵超声,当提出来XX:YYY通道是什么意思呀?你可以嘡嘡嘡毫不含糊地把它解释清楚,是不是一件很酷的事?哈哈。。。

       以“16:128通道”为例来说,其中的“16”即同时可以激发的最多晶片数量,而“128”指总共可以激发的最多晶片数量。

       借用业内一位资深专家的话说,就好像有128列火车跑在16组铁轨上,如何让这128列火车有秩序的通过而不撞车,则需要道岔的协调处理,也就是仪器中的多路复用器。

       如下示意图所示,16个物理通道即同时可以激发的最大晶片数为16(也就是可以16辆火车可以同时发车),当第一组激励电压从16个物理通道被激发出来以后,通过多路复用器(即道岔)的1-16号通道出来的激励电压(红色)传送到探头的1-16号晶片上。

       间隔一段时间以后,再从16个物理通道中激发第二组激励电压(再同时开出16辆火车),此时经过多路复用器到达17-32号通道,出来的激励电压(绿色)再传送到探头的17-32号晶片上。

       间隔一段时间,继续上述过程,第三组激励电压(黑色)传送到探头的33-48号晶片上,再激发第4组声束传送到探头的49-64号晶片上。

       由于第一组声束到第四组声束之间的激励间隔时间非常短,所以最后的效果是探头的1-64号晶片全部在很短的时间内接收到激励电压,所以在最终的显示屏幕上就显示出了64晶片全部被激发得到的检测效果。

       说到这,可能有人会说,那肯定是∞:∞(无穷大:无穷大)通道的仪器最好,哈哈,聪明!但真的是这样么?

首先通道数越多,仪器价格越贵,所以讲究实际使用效果的单位会选择性价比最优的;其次通道数越多,可能造成仪器体积越大、越沉,不便于携带,所以“只买贵的,不买对的”只是出现在电影里桥段。

       那如何选择一款适合自己的相控阵超声设备呢?这里针对不同的应用给予说明。

       前面讲到XX:YYY=同时可激发的最大晶片数:总共可以激发的最大晶片数,所以:

       1)同时激发的晶片数越大,能量越强,聚焦能力越强,穿透能力越强,但在非聚焦区域的声束发散非常严重(后续更新中会着重介绍相控阵聚焦),所以一般同时激发晶片数不超过32晶片。在一些极特殊应用中,如极大声程处(>2m)检测极小缺陷时,才可能会用到大于32晶片同时激发;

       2)总共可以激发的最大晶片数越大,可以连接更多组探头进行焊缝双侧的联合同步扫查(双侧各32晶片或者64晶片探头),或者在水浸自动化检测中使用更多晶片探头(64晶片或者128晶片)进行大面积的快速扫查。总共可以激发的晶片数一般不大于128,因为使用大于128晶片探头的应用比较少。



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