相控陣檢測(cè)技術(shù)在儲(chǔ)罐中的應(yīng)用與研究

安廣山，于學(xué)燕

（中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司，天津 300457）

工業(yè)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)對(duì)社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展起著促進(jìn)的作用，而加強(qiáng)工業(yè)環(huán)保管理工作則更有利于保護(hù)環(huán)境，減少因儲(chǔ)罐泄漏而造成的環(huán)境污染，減少對(duì)外部環(huán)境所帶來(lái)的影響。加強(qiáng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究能推動(dòng)環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，解決儲(chǔ)存過(guò)程中所引起的諸多環(huán)保方面的問(wèn)題發(fā)生。在儲(chǔ)罐中采用相控陣檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，能有效幫助石油技術(shù)人員加強(qiáng)儲(chǔ)罐無(wú)損檢測(cè)工作，以減少對(duì)因氣體、液體泄漏而引起氣候、土壤污染情況，也減少因泄漏而造成重大經(jīng)濟(jì)損失，降低各種突發(fā)與重大安全事故的出現(xiàn)，避免爆炸危險(xiǎn)的發(fā)生。解決當(dāng)前技術(shù)檢測(cè)上難題，這樣才能真正的提高技術(shù)利用效率。這也是為什么需要加強(qiáng)研究相控陣檢測(cè)技術(shù)原理的原因之一。

1 相控陣檢測(cè)技術(shù)定義

相控陣檢測(cè)技術(shù)從被發(fā)明之后，就發(fā)揮出了很大的作用。該技術(shù)是一種新型的聲控束檢測(cè)技術(shù)，是在原來(lái)的無(wú)損檢測(cè)基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新開(kāi)發(fā)出來(lái)的。這種技術(shù)操作方便，應(yīng)用靈活，原理簡(jiǎn)單，可控性較強(qiáng)?？赏ㄟ^(guò)改變探頭方式來(lái)進(jìn)行工作，對(duì)物體進(jìn)行三百六十度掃描，然后，在通過(guò)使用機(jī)械掃描方式來(lái)產(chǎn)生圖像[1]。

相控陣檢測(cè)技術(shù)操控技術(shù)靈活、方便，其主要通過(guò)改變單個(gè)晶片方式，來(lái)完成脈沖發(fā)送與發(fā)射，并引入時(shí)間變換來(lái)完成。相控陣檢測(cè)技術(shù)最早是始于九十年代初期，該技術(shù)被發(fā)明出來(lái)，經(jīng)歷了多個(gè)技術(shù)創(chuàng)新階段。該技術(shù)已經(jīng)成為主流的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)之一。該技術(shù)從被開(kāi)發(fā)以來(lái)就得到很大推廣。

相控陣檢測(cè)技術(shù)目前已經(jīng)變得十分成熟，技術(shù)性能方面也比較穩(wěn)定。由于，相控陣檢測(cè)技術(shù)能力強(qiáng)，準(zhǔn)確率較高，目前該技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域當(dāng)中，例如：石油儲(chǔ)存、液體儲(chǔ)存等。近幾年來(lái)，我國(guó)在相控陣檢測(cè)技術(shù)探索方面也取得了一定的突破，也已經(jīng)引入了超聲相控設(shè)備，這也改變了我國(guó)在無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展格局，推動(dòng)了我國(guó)在這一領(lǐng)域的發(fā)展。特別就是通過(guò)引入該技術(shù)設(shè)備幫助了我國(guó)技術(shù)人員更好做好檢測(cè)工作，減少石油儲(chǔ)罐泄漏事故的出現(xiàn)，與減少因石油泄漏而造成的損失。其次，相控陣檢測(cè)技術(shù)能夠幫助技術(shù)人員降低檢測(cè)難度，提高檢測(cè)效率，減少時(shí)間方面的浪費(fèi)，這對(duì)于檢測(cè)來(lái)說(shuō)也能帶來(lái)很多好處。

2 和常規(guī)的超聲波探討比較

超聲相控陣轉(zhuǎn)換器，是一種基于了雷達(dá)電磁波相控陣技術(shù)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的技術(shù)。這種技術(shù)檢測(cè)精確度高，廣泛的應(yīng)用于工業(yè)無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域當(dāng)中。超聲相控陣設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單，其主要是由內(nèi)部的很多的輻射單元排列所構(gòu)成的。超聲相控技術(shù)的操控原理同樣也十分的簡(jiǎn)單，該技術(shù)則主要是利用陳列天線中的不同相位與單元幅度，來(lái)巧妙的改變電磁波輻射運(yùn)行方位，快速的靈活的聚焦掃描雷達(dá)波束來(lái)進(jìn)行工作，完成一系列的掃描檢測(cè)工作。

超聲相控陣換能器設(shè)計(jì)技術(shù)，自運(yùn)用到工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域之后，該技術(shù)就被很多技術(shù)人員所廣泛運(yùn)用，解決了工業(yè)領(lǐng)域?qū)?chǔ)罐內(nèi)部的檢測(cè)問(wèn)題。超聲相控陣的思想設(shè)計(jì)原理是源自于惠更斯原理，并在該技術(shù)原理中進(jìn)行再創(chuàng)新，提高了技術(shù)應(yīng)用效率。內(nèi)部的換能器主要是由很多的獨(dú)立運(yùn)行的壓電晶片陣列所組成的，不同的晶片都是一個(gè)獨(dú)立的新單元，按照相關(guān)的技術(shù)與時(shí)序來(lái)操控電子操控系統(tǒng)，能使陣列中的各單元發(fā)射超聲波疊加形成一個(gè)新的波陣面。在反射波的接收的過(guò)程中，然后再根據(jù)一定的規(guī)則與時(shí)序控制接受的單元的接受，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，然后將的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果，以合理的方式來(lái)進(jìn)行呈現(xiàn)。

2.1 常規(guī)超聲探頭發(fā)射波束控制

常規(guī)超聲探頭發(fā)射與相控陣檢測(cè)技術(shù)發(fā)射原理，是存在一定差異，這種差異也決定了兩種技術(shù)檢測(cè)效率與質(zhì)量及用途。首先，常規(guī)超聲探討發(fā)射、接收都是由探頭來(lái)完成的，而相控陣檢測(cè)技術(shù)則是由波束控制來(lái)進(jìn)行控制，是基于惠更斯原理而開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種技術(shù)。采用的就是角度模塊引入技術(shù)，然后適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)發(fā)射期間所產(chǎn)生的角度波束。具體可參考圖1。

圖1 常規(guī)超聲探頭發(fā)射的波束

2.2 常規(guī)超聲探頭的波束控制

為了提高超聲探討發(fā)送與接受信號(hào)的能力，采用波束控制技術(shù)。而聲束在楔塊內(nèi)產(chǎn)生的原理并不復(fù)雜，主要還是基于了惠更斯原理。具體參考圖2。

圖2 常規(guī)超聲探頭接受的波束控制

3 相控陣檢測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

3.1 信噪比高

相控聚焦最大的特點(diǎn)之一，便是信噪比比較高，而單探頭則要明顯的弱于相控聚焦。究其原因主要還是因?yàn)榧夹g(shù)設(shè)計(jì)原理不同所造成。首先，相控聚焦各陣元發(fā)射的超聲波率都是相同無(wú)差別的，是一種相干波。焦點(diǎn)處的內(nèi)部則為各陣平方與元聲強(qiáng)，而系統(tǒng)噪音信號(hào)通常都呈現(xiàn)無(wú)序信號(hào)，為相位和頻率的信號(hào)雜波。當(dāng)二者在焦點(diǎn)處疊加時(shí)則就具有平均降噪的這一功能。相控陣無(wú)損檢測(cè)在技術(shù)上具有很多的優(yōu)點(diǎn)，并且還是其他探討技術(shù)所無(wú)法相提并論的。相比以往的單探頭探測(cè)技術(shù)而言，因此就擁有更高的信噪比。

3.2 超聲波束更窄

在超聲聲束尺寸上設(shè)計(jì)比較的合理、科學(xué)，相比于線性相控陣形成的超聲聚焦聲，要比傳統(tǒng)單探頭的聲束尺寸窄小，這主要因?yàn)橄嗫仃噷?duì)超聲束聚焦的結(jié)果。因此，相控陣超聲技術(shù)能檢測(cè)出較小的缺陷。這便是這種技術(shù)所具有的一大優(yōu)點(diǎn)之一。使之能夠在工業(yè)無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域中占有一席地位，得到很好的推廣與運(yùn)用，從而大大提高的檢測(cè)質(zhì)量與效率。

3.3 分辨率高

由于成像分辨率高，使得技術(shù)人員在運(yùn)用這種技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，能夠清晰、清楚的看到具體的油罐內(nèi)部情況，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)縫隙，能準(zhǔn)確的探測(cè)到儲(chǔ)罐的表面?zhèn)?，以及所存在的一些缺陷。這種技術(shù)運(yùn)用到油罐檢測(cè)當(dāng)中可謂是很有作用的，是很不可缺少的一種現(xiàn)代無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，相比于以往的哪些技術(shù)而言，該技術(shù)所具有的優(yōu)勢(shì)是不能被替代的。例如：因?yàn)榫€性相控陣能將油罐內(nèi)的傷痕進(jìn)行全面掃描，幫助技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)油罐內(nèi)的缺陷，這樣就能幫助技術(shù)人員及時(shí)進(jìn)行搶修，以避免儲(chǔ)罐引發(fā)泄漏事故，減少因石油泄漏而引起的經(jīng)濟(jì)損失。

3.4 效率較高

技術(shù)人員運(yùn)用相控陣檢測(cè)技術(shù)來(lái)檢測(cè)儲(chǔ)罐的時(shí)候，可以利用該技術(shù)所具有的優(yōu)勢(shì)，來(lái)加強(qiáng)儲(chǔ)罐檢測(cè)效率，能夠及時(shí)幫助技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)罐內(nèi)的缺陷，或者是傷痕等，有助于減少檢測(cè)所需時(shí)間，節(jié)約了很多金錢成本。該技術(shù)可以通過(guò)運(yùn)用電子相控聚焦與掃描技術(shù)，探測(cè)儲(chǔ)罐內(nèi)的各個(gè)位置、角落，可及時(shí)檢測(cè)出存在問(wèn)題的位置，并且根據(jù)焦點(diǎn)的強(qiáng)度與深度來(lái)進(jìn)行掃描，顯得更加靈活、高效。對(duì)于檢測(cè)而言還是帶來(lái)莫大好處的，這也是其他檢測(cè)技術(shù)很難相提并論的。這也使該技術(shù)得到充分運(yùn)用的一大原因。

3.5 可以進(jìn)行較為復(fù)雜的工件檢測(cè)

通常來(lái)說(shuō)，相控陣可檢測(cè)很多不同形狀的儲(chǔ)罐（圓形或幾何形），或者是金屬、非金屬儲(chǔ)罐。這是因?yàn)樵摷夹g(shù)能夠自動(dòng)檢測(cè)存在有細(xì)小縫隙的部位，發(fā)現(xiàn)傷痕。不管用于檢測(cè)什么樣的儲(chǔ)罐，該技術(shù)依然能勝任。這對(duì)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)能減少很多時(shí)間上的浪費(fèi)，能夠有效的減少很多不必要的檢測(cè)失誤的出現(xiàn)，并且大大的提高工作檢測(cè)人員的工作效率，減少因檢測(cè)失誤而引起重大安全事故的出現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從上介紹分析可見(jiàn)，采用相控陣技術(shù)能幫助技術(shù)人員檢測(cè)儲(chǔ)罐內(nèi)的缺陷、傷痕及縫隙，能及時(shí)幫助技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)罐內(nèi)的服飾情況。采用該技術(shù)檢測(cè)能減少技術(shù)檢測(cè)難度，提高檢測(cè)效率與節(jié)省很多成本，從而能能有效的提高檢測(cè)質(zhì)量，從而避免儲(chǔ)罐因存在缺陷存在，而引發(fā)重大泄漏事故，提高儲(chǔ)罐的儲(chǔ)存安全性，消除各種安全隱患的出現(xiàn)，提高儲(chǔ)罐安全管理水平。因此，相控陣檢測(cè)技術(shù)是很值得推廣使用的一種技術(shù)。