OmniScan X3相控阵超声(PAUT)探伤仪的标准配置包含被称为全矩阵捕获/全聚焦方式(FMC/TFM)的高级数据采集和处理功能。这项技术优化了探头信号,有助于在某些应用中提高图像的质量,提供更可靠的结果。
我们不仅仅将全矩阵捕获/全聚焦方式(FMC/TFM)添加到了OmniScan探伤仪中,我们还使其发挥出更高的性能。我们将在这篇博客中对提高了全矩阵捕获/全聚焦方式(FMC/TFM)性能的3个首要功能进行讨论。不过,我们首先要说明一下全矩阵捕获/全聚焦方式(FMC/TFM)的基本知识。
什么是全矩阵捕获(FMC)?
全矩阵捕获(FMC)是一种可以获得一系列探头的每种可能的发射和接收组合信息的数据采集策略,换言之,全矩阵捕获(FMC)功能可以获得由相控阵探头的所有晶片提供的完整的声学信息。每个晶片被单独触发,同时阵列中所有其他晶片会接收或“侦听”到返回的信号。这样就会生成一个初级A扫描矩阵,这些A扫描构成了FMC数据集。与相控阵采集不同的是,FMC不会通过使用编制的聚焦法则来实现时间延迟或声束偏转。
什么是全聚焦方式(TFM)?
全聚焦方式(TFM)是一种使通过全矩阵捕获(FMC)方式获得的数据变得容易解读的处理过程。TFM算法使用特定的变量将FMC数据集包含的大量的初级A扫描数据分类为不同的声波组。这些声波组(或传播模式)代表超声波传播的路径:从发射器到一个图像像素位置,再返回到接收器(包含多次反射),每段直线声程由其声波类型定义:横波(T)或纵波(L)。
当PA探头扫查工件时,OmniScan X3探伤仪会记录并编码FMC数据,与此同时,TFM会对FMC数据进行处理。为所选声波组获得的TFM图像都显示在屏幕上(一次最多可以选择四个声波组)。同一个FMC数据集被多次重复处理,这样可以为一个给定的编码器位置生成不同的重建参数。
即使未经培训的人员,也可以更容易地辨别缺陷的方向
在某些条件下,TFM视图可以呈现出缺陷处于工件中真实几何位置的高度聚焦的图像。图像是否真实再现缺陷的位置取决于多个因素,其中包括探头和楔块的选择、扫查方式、对工件特性的事先了解,以及所选用的传播模式(或声波组)。如果您需要向不太熟悉这项技术的同事报告有关检测的情况,借助这种视图解读缺陷几何方向的工作就会变得更加容易。
全聚焦方式(TFM)是否优于相控阵技术?
全聚焦方式与相控阵技术孰优孰劣还尚未有定论。在某些应用中,FMC/TFM技术具有很多优势,而在另一些应用中,相控阵技术则可能具有更多的优势。拥有一台可以使用这两种技术进行检测并可提供高质量图像的高性能仪器,是您的理想选择。
由于TFM可在关注区域(即由用户定义的“TFM区域”)内的任何位置聚焦,因此与标准相控阵相比,在TFM区域中探测缺陷的能力得到了加强。尽管如此,FMC/TFM检测的扫查速度要比相控阵检测慢,而且只可在近场聚焦。相控阵也可以生成出色的图像,且图像质量通常与全聚焦方式(TFM)提供的图像不相上下。我们在有关全聚焦方式(TFM)的常见问题解答中逐点详细地介绍了其优点和缺点。
OmniScan X3探伤仪的FMC/TFM采集和处理功能具有多种可以进一步提高图像质量的创新特性。
以下是其3个可以提高成像质量的最显著的特性:
1. 实时全聚焦方式(TFM)包络
OmniScan X3探伤仪的高级TFM处理性能包含一个可以消除图像中信号振荡的功能,从而提高了最大波幅测量值的可靠性,增强了缺陷信号指示的准确性。缺陷表征和基于波幅的定量性能得到了增强。与波幅振荡的标准TFM图像相比,使用了TFM包络功能的图像在保持波幅保真值(AF)的同时,还能获得更快的采集速率。
以更快的速度获取高质量的TFM图像
眼见为实,下面的图像对比了启用包络功能(上图)和未用包络功能(下图)时探测高温氢致(HTHA)缺陷的情况。
图像清楚地表明,在启用了包络功能时,采集高温氢致缺陷所用的分辨率比未启用包络功能时更粗,但是其波幅保真值一直保持在标准的2 dB公差以下。更快的采集速率(19.5 Hz,而不是10.6 Hz)是由于更粗的分辨率设置减轻了计算量。不过,我们看到的是图像质量并没有受到影响。事实上,在TFM包络图像中,更容易对回波进行区分。
2. AIM(声学影响图)模拟器
在使用典型的TFM系统时,我们可以假定关注区域(ROI)会被探头所发出的声波完全覆盖。但影响声学的所有变量,包括:探头晶片的衍射模式、声程长度、界面处的透射系数和反射系数,以及目标缺陷的特性,都会使关注区域(ROI)内的声学影响水平发生变化。
为了有助于确保使用优质信噪比(SNR)探测到目标缺陷,我们为OmniScan X3探伤仪配备了一种被称为声学影响图(AIM)的功能。
当我们在探伤仪中创建全聚焦方式(TFM)扫查计划时,声学影响图(AIM)建模工具会为我们显示每个传播模式(或声波组)在关注区域(ROI)中的有效声学影响。在下面的屏幕截图中,我们可以看到 TT-L(上图)和TT-TT(下图)两个TFM声波组可以覆盖的范围。
显示波幅覆盖范围的清晰彩色图像
声学影响波幅图的颜色清楚地表明了TFM声波组在关注区域(ROI)中所覆盖的范围。
- 红色区域表示超声响应非常好,超声响应与最大波幅的距离在0 dB到−3 dB之间。
- 橙色区域的超声响应与最大波幅的距离在−3 dB到−6 dB之间。
- 黄色区域的超声响应与最大波幅的距离在−6 dB到−9 dB之间。
- 以此类推。
这个工具有助于用户选择适当的TFM声波组进行检测。
3. 在屏幕上对最多4个声波组进行比较
在检测过程中,我们可以在探伤仪的屏幕上对最多4个声波组进行比较。对声波组进行比较可以获得一些补充信息,从而可以简化某些探测任务,如:对缺陷的定量。
光标放置的位置越精确,缺陷定量的结果就会越准确
通过一个声波组,我们可能会更清楚地观察到端部衍射的情况,而通过另一个声波组,我们可能会更好地观察到圆角凹陷的区域,而第三个声波组(通常是焊缝检测中的TT-T声波组)可能会使我们在近乎真实的准确几何位置上看到缺陷的轮廓。
借助这些声波组视图所提供的综合信息,我们可以更加充满信心地将定量光标放置在适当的位置。
信心满满,昭然可见
OmniScan X3探伤仪对这些TFM功能的综合使用,特别是在将TFM功能与其高级相控阵功能一起使用时,会即刻变身为一款性能强大的检测工具。这款分析仪的主要优势在于可为用户提供更加多样化、更为翔实的数据,从而有助于用户确认自己的分析结果,更加充满信心地呈交检测结果。
要了解更多有关FMC/TFM和相控阵技术针对不同检测应用所提供的优势特性,请点击以下链接,阅读相关文章。
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