Manual Técnico de Phased Array

Manual Técnico De Phased Array OLYMPUS

1.1 Patrones de escaneo y vistas ultrasónicas

Este capítulo describe patrones automatizados de inspección ultrasónica (o escaneo) y vistas típicas de datos ultrasónicos en modos de configuración, adquisición y análisis actualmente utilizado util izado por los sistemas R / D Tech®.1-13 Tech®.1-13 Vistas Vista s específicas utilizadas utilizad as para calibraciones y la evaluación FFT de la sonda se detallan en los capítulos 3 y 4. Estas vistas pueden también se puede encontrar en las Pautas Técnicas de Phased Array: Fórmulas útiles, Gráficos y Ejemplos.14

2.1 Patrones de escaneo La detección y el tamaño confiables de los defectos se basan en patrones de escaneo y especificaciones específicas combinaciones combinaci ones funcionales entre el escáner y el haz de matriz en fase. La inspección puede ser: • automatizado: el transportador de la sonda es movido por una unidad de accionamiento controlada por motor; • semiautomatizado: el portador de la sonda se mueve a mano o con una mano escáner, pero el movimiento está codificado y se recopilan datos; o • Manual (o basado en el tiempo, a veces llamado libre funcionamiento): el conjunto de fases la sonda se mueve a mano y los datos se guardan, en función del (los) tiempo (s) de adquisición, o los datos no se guardan La adquisición puede ser activada por la posición del codificador, el reloj interno, o por una señal externa. Los sistemas R / D Tech® pueden proporcionar los siguientes tipos de inspección: 1-10 • Tomoscan III PA, Tomoscan FOCUS ™, TomoScan FOCUS LT ™:  Automatizado,  Automatizado, semiautomatico, semiautomatico, manual • OmniScan® PA: manual automatizado, semiautomático • QuickScan® QuickScan® PA, PipeWIZARD®: automatizado (semiautomatizado para Calibración / configuraciones mecánicas)

Patrón de escaneo Linear 

Número de ejes 1

Bi-directional

2

Unidirectional

2

Skewed/Angular

2

Helical

1

Spiral

1

Custom

1

Observaciones Todos los datos se registran en un solo pase axial (vea la Figura 2-1). La adquisición se realiza en ambas direcciones de escaneo (consulte la Figura 2-4). La adquisición se realiza en una sola dirección de escaneo; escánerse mueve hacia adelante y hacia atrás en cada longitud de escaneo (vea la Figura 2-4). Similar a bidireccional, unidireccional o lineal con el principal ejes desviados contra los ejes mecánicos (ver Figura 2-5). La adquisición se realiza a lo largo de una ruta helicoidal, es decir, a lo largo de y alrededor del cilindro (vea la Figura 2-6). La adquisición se realiza a lo largo de una trayectoria en espiral sobre una superficie circular (vea la Figura 2-7). Personalizado para perfil multieje o componente.

Tabla 2-1 Patrones de escaneo para inspecciones automáticas y semiautomáticas. 2.1.1 Escaneo Lineal

Un escaneo lineal es una secuencia de escaneo de un eje que usa solo un codificador de posición (Escanear o indexar) para determinar la posición de la adquisición. El escaneo lineal es unidimensional y continúa a lo largo de una ruta lineal. Lo único las configuraciones que se deben proporcionar son la velocidad, los límites a lo largo del eje de escaneo, y el espaciado entre adquisiciones (que puede depender del codificador) resolución).Los escaneos lineales se usan con frecuencia para aplicaciones tales como inspecciones de soldadura y mapeo de corrosión. Los escaneos lineales con escaneo electrónico son típicamente orden de magnitud más rápido que el raster ultrasónico convencional equivalente escaneos. La Figura 2-1 muestra una exploración de barrido típica (izquierda) y una exploración lineal equivalente (derecho). El escaneo lineal ahorra tiempo tanto en las zonas "nul" donde el ráster El escáner cambia de dirección y durante el escaneo, ya que las matrices en fase pueden pulsar mucho más rápido que los escáneres mecánicos se pueden mover.

Figura 2-1 Patrón de escaneo de rasterizado (izquierda) y patrón de escaneo lineal equivalente (derecha) Durante el escaneo lineal, la sonda phased array emite un escaneo electrónico, un S-scan, o múltiples escaneos. Dependiendo de la configuración y el instrumento, más de un escaneo se puede realizar simultáneamente. Por ejemplo, Figura 2-2 muestra escaneos electrónicos en dos ángulos de conformidad con ASME típico requisitos de inspección. Otros patrones de escaneo son posibles, como dual matrices, escaneos S múltiples o combinaciones.

Figura 2-1 Patrón de escaneo de rasterizado (izquierda) y patrón de escaneo lineal equivalente (derecha) Durante el escaneo lineal, la sonda phased array emite un escaneo electrónico, un S-scan, o múltiples escaneos. Dependiendo de la configuración y el instrumento, más de un escaneo se puede realizar simultáneamente. Por ejemplo, Figura 2-2 muestra escaneos electrónicos en dos ángulos de conformidad con ASME típico requisitos de inspección. Otros patrones de escaneo son posibles, como dual matrices, escaneos S múltiples o combinaciones.

Figura 2-2 Patrón de escaneo electrónico de doble ángulo típico para soldaduras con phased array y escaneo lineal Normalmente, se usa una matriz para cada lado de la soldadura.

Los escaneos lineales son muy útiles para la caracterización de la sonda sobre un bloque de referencia con orificios perforados lateralmente (vea la Figura 2-3).

2.1.2 Escaneo bidireccional En una secuencia bidireccional, la adquisición de datos se lleva a cabo tanto en él y direcciones hacia atrás a lo largo del eje de escaneo (vea la Figura 2-4).

2.1.3 Escaneo unidireccional En una secuencia unidireccional, la adquisición de datos se lleva a cabo en una sola dirección a lo largo del eje de escaneo (vea la Figura 2-4). El escáner es luego pisado por otro pasar.

Figura 2-4 Exploración de ráster bidireccional (izquierda) y unidireccional (derecha). La línea roja representa la ruta de adquisición 2.1.4 Escaneo sesgado (para el software TomoView ™) Esta sección se puso a disposición por cortesía de Ontario Power Generation Inc., Canadá. La secuencia de exploración sesgada (también llamada exploración angular) es una derivación de la normal secuencia de exploración bidireccional. Esta secuencia permite la exploración y la sonda de índice caminos a ser sesgados por un ángulo seleccionable por software generado por pequeños incrementos (más cerca de la resolución del codificador) en el eje de escaneo e índice. Este ángulo es diferente de los ejes mecánicos. El dibujo en la Figura 2-5 muestra el movimiento real de la sonda con una trayectoria de línea promedio para aproximar esto trayectoria de escaneo en ángulo. Esta secuencia es útil cuando los ejes del escáner y la pieza de inspección no pueden colocarse en la mejor ruta de exploración entre sí, y / o el defecto la ubicación y la orientación requieren un patrón de escaneo específico (línea) para un óptimo detección y dimensionamiento. Seleccionar un ángulo de ruta de escaneo específico que mejor se adapte a la la pieza de inspección / la orientación del defecto pueden eliminar el costoso escáner modificaciones, reducen significativamente el tamaño del archivo y facilitan el análisis de defectos.

Figura 2-5 Ejemplo de escaneo bidireccional sesgado (angular). Izquierda: patrón de exploración de sonda contra el eje mecánico en una parte compleja; derecha: la trayectoria de la sonda (línea roja) está sesgada versus eje mecánico rectangular para un ángulo óptimo para detectar grietas en el área de tensión.

2.1.5 Escaneo Helicoidal   La secuencia helicoidal se usa para inspeccionar superficies cilíndricas. El escáner realiza un movimiento helicoidal alrededor del cilindro. Dos codificadores independientes controlan la secuencia. El codificador del eje de escaneo controla la rotación continua alrededor del cilindro, mientras que el eje del índice el codificador controla el movimiento continuo a lo largo del cilindro. Una señal de sincronización se puede utilizar para restablecer el codificador del eje de escaneo a la posición "Cero" después de cada rotación alrededor del cilindro. Las combinaciones de estos dos movimientos crearán una exploración helicoidal patrón (vea la Figura 2-6).

Las exploraciones helicoidales se utilizan para la inspección de cuerpo completo de tuberías y tubos más grandes. En práctica, las exploraciones helicoidales se pueden realizar moviendo y girando tubo, o moviendo el cabezal de escaneo y girando el tubo.

2.1.6 Escaneo en espiral La secuencia en espiral está diseñada para inspeccionar superfic ies circulares como discos. Los mecanismo de inspección realiza un movimiento en espiral en la superficie circular (vea la Figura 2-7). Dos codificadores independientes controlan la secuencia. El escanaxis codificador controla el ángulo theta (θ) en la rotación continua alrededor del   centro de superficie; mientras mient ras que el codificador del eje índice controla la posición rho (ρ) en el movimiento continuo a lo largo del radio. Se puede usar una señal para restablecer codificador del eje de escaneo para colocar el cero después de cada rotación.

2.1.7 Direcciones de haz La haz  La dirección del haz de la sonda phased array puede tener una dirección diferente a las direcciones del eje de escaneo e índice. Las definiciones y el valor de ángulo de estas instrucciones dependen del instrumento específico de R / D Tech y su software software opciones de escaneo (TomoView ™ u OmniScan®), OmniScan®) , como se muestra en la Figura 2-8 para TomoView y la Figura 2-9 para OmniScan. Estas instrucciones están definidas por ángulo de inclinación de la sonda

Los límites de la superficie de inspección, así como el espacio entre adquisiciones (resolución en cada eje), determinarán la superficie de escaneo, la número de escaneos A adquiridos a lo largo del eje de escaneo y tamaño de píxel del datos ultrasónicos. Un

ejemplo de configuración de una secuencia de e scaneo usando TomoView ™ 2.2R9 es presentado en la Figura 2-10.

Figura 2-10 Secuencia unidireccional de un área de 200 mm por 200 mm. El tamaño de píxel del C-scan es 1 mm por 1 mm. La velocidad de escaneo en ambos ejes es de 25 mm / s. 2.1.8 Otros patrones de escaneo La parte, el movimiento de la sonda y la dirección del haz pueden generar patrones de escaneo para cualquiera de las siguientes combinaciones (vea la Tabla 2-2 y 2-11 a Figura 2-13). Figura 2-11 Principio de barrido electrónico de haz. Parte y sonda no se están moviendo. Tabla 2-2 Dependencia de secuencia de inspección en parte, escáner y haz

Figura 2-12 Escaneo electrónico y lineal de una soldadura (principio). Eje del índice (exploración de trama en UT convencional) se elimina a través del escaneo electrónico por las matrices de la sonda (aumentando velocidad y confiabilidad). Tenga en cuenta que las cuñas generalmente se utilizan para reducir el desgaste y optimizar el incidente anglo.

2.1.9 Escaneo basado en el tiempo Si el codificador está configurado a tiempo (reloj), la adquisición se basa en el escaneo tiempo (segundos) [vea la Figura 2-14]. La secuencia se usa para detección y dimensionamiento, pero no debe usarse para trazado de defectos

Figura 2-14 Ejemplos de secuencias basadas en el tiempo (B-scan y S-scan). El eje horizontal B-scan valor es el número de escaneos A adquiridos en un intervalo de tiempo dado.

El tiempo de adquisición para una secuencia de ejecución libre se calcula por el total número de adquisiciones, dividido por la tasa de adquisición:

Ultrasonic Views (Scans) The basic ultrasonic views (scans) are: • A-scan A-scan • B-scan B-scan • C-scan C-scan • D-scan D-scan • S-scan S-scan • Polar view • Strip chart (amplitude and/or position) • TOFD view (special gray-scale gray-scale application of a B-scan) There are also combined views, such as top, side, end” or “top, side, TOFD”

views.

4 Características del instrumento, calibración y Métodos de prueba . Este capítulo describe las características del phased array principal de Olympus NDT instrumentos, métodos de calibración y prueba. Tolerancias en el equipo las características se detallan y luego se explican. 1 Rendimiento del instrumento 4. Esta sección detallará las características principales de los instrumentos phased array, y su funcionalidad y relación con otros parámetros. Paso a paso detallado los procedimientos se encuentran en los manuales de software1-8 y en el capítulo 5, "Configuración de ultrasonido, calibración y comprobación periódica" de R / D Tech Pautas técnicas de phased Array.9 4.1.1 Características principales del instrumento  Las características ultrasónicas genéricas para un instrumento de matriz en fase se presentan en Tabla 4-1. Tabla 4-1 Características ultrasónicas principales de instrumentos phased array.a

Las funciones se pueden encontrar en diferentes pestañas, dependiendo del instrumento y Versión del software.

Un alto valor de relación señal-ruido, mayor velocidad de adquisición, evitando el ecos fantasma y preservar la esperanza de vida de la sonda de matriz en fase son logrado a través de la optimización de parámetros ultrasónicos 4.2 Pulsador-Receptor Esta sección describe algunos de los efectos de las características clave del equipo, como voltaje, ancho de pulso, filtros y suavizado. 4.2.1 Voltaje El voltaje máximo aplicado en los elementos del conjunto en fase depende de la sonda frecuencia (espesor del cristal) y en el paso del elemento (vea la Figura 4-1).

Figura 4-1 Dependencia máxima del voltaje en la frecuencia (izquierda) y en el tono (derecha)

El bajo voltaje tiene una doble ventaja: aumenta la vida útil de la sonda y produce menos calor, por lo que no se necesitan dispositivos de enfriamiento adicionales. El valor de bajo voltaje puede ser compensado aumentando la ganancia (hardware o paleta suave) sin una aumento significativo del nivel de ruido (vea la Figura 4-2). La paleta suave se refiere a capacidad de cambiar la intensidad del color en la pantalla; ganancia suave se refiere a la capacidad de cambiar la amplitud de la imagen en la pantalla.

Figura 4-2 Detección y dimensionamiento de una grieta de fatiga mediante una matriz lineal de 3,5 MHz a -1,0 mm de paso probar en diferentes combinaciones de voltaje usando el instrumento Tomoscan FOCUS ™. La grieta las pantallas que usan ganancia suave (S = paleta suave) y ganancia difícil (H = ganancia de hardware) son muy similares. La relación entre el valor de voltaje y la variación de amplitud se presenta en la Figura 4-3

Figura 4-3 Datos experimentales para la dependencia de la amplitud elemento 4.2.2 Ancho de pulso (Pulse Width) El valor del ancho del pulso del pulso depende de la frecuencia de la sonda (vea la Figura 4-4).

Figura 4-4 Ajuste de ancho de pulso como función de la frecuencia central de la sonda. El ancho de pulso (forma cuadrada negativa) debe configurarse a 100 ns para una sonda de 5 MHz. 4.2.3 Filtros de paso de banda  Band-Pass Filters El valor de los filtros de paso de banda inferior / superior se basa en el centro de la sonda frecuencia y valor de ancho de banda absoluto (ver Tabla 4-2). Tabla 4-2 Valores recomendados para filtros de paso de banda basados en la frecuencia de la sonda.

Dependiendo del tipo de aplicación, el valor del ancho del pulso y los filtros de paso de banda pueden ser alterados. Una mejor SNR y un análisis de datos más preciso compensará la pérdida de sensibilidad (pérdida de ganancia) [vea la Figura 4-5].

Figura 4-5 Ejemplo de mejora de la capacidad de dimensionamiento dimensionamiento de grietas mediante filtros y pulsos de alta frecuencia ajuste de ancho En este ejemplo, una sonda de matriz lineal de 5 MHz en modo de onda de corte detectó detectó una grieta de 10 mm de altura. Izquierda: Izquierda: filtros de paso de banda 2-10 MHz, ancho de pulso = 100 ns; mesurado altura de fisura = 8.8 mm. Derecha: filtros de paso de banda 5-15 MHz, ancho del pulso = 50 ns; mesurado altura de fisura = 10.1 mm

4.2.4 Suavizado (Smoothing) El suavizado es una operación electrónica realizada en la señal rectificada. El suavizado tiene una doble ventaja: aumenta la calidad de la imagen (consulte la Figura 4-6) y conduce a una frecuencia de digitalización más baja (tamaño de archivo más pequeño, más rápido tasa de adquisición) [ver Figura 4-7].

Figura 4-6 Ejemplo de efecto de suavizado en la detección de grietas y la imagen de tamaño. Izquierda: suavizado a 4 MHz. Derecha: sin alisamiento.

Figura 4-7 Ejemplo de proceso de suavizado (izquierda) e influencia en la frecuencia de digitalización (derecha). 4.3 Digitalizador  Esta  Esta sección describe los parámetros clave del digitalizador, incluidos frecuencia, promedio, compresión, PRF, tasa de adquisición, ganancia suave, y enfoque de profundidad dinámica. 4.3.1 Frecuencia de digitalización  La frecuencia de digitalización (MHz) es el recíproco del intervalo de tiempo requerido para muestree un escaneo A de RF (vea la Figura 4-8). La frecuencia de digitalización determina el número de muestras para un rango de tiempo de vuelo de inspección específico.

Figura 4-8 Ejemplo de frecuencia de digitalización de una señal de RF. Izquierda: 16 muestras; Derecha: 8 muestras para la misma señal de RF.

La frecuencia de digitalización tiene una gran influencia en el tamaño del archivo, la tasa de adquisición y la calidad de imagen. El error de amplitud debido a un bajo valor de digitalización la frecuencia viene dada por la fórmula (vea la Figura 4-9):

εA: εA: error de amplitud debido al valor de frecuencia de digitalización [dB] p: f p: s: f s:

frecuencia de sonda

[MHz]

frecuencia de digitalización (muestreo) [MHz]

d Figura 4-9 Dependencia de error de amplitud en la relación de frecuencia de digitalización / sonda n.

Figura 4-9 Dependencia de error de amplitud en la relación de frecuencia de digitalización / sonda n. Un ejemplo de influencia de frecuencia de digitalización en A-scan e imagen de calidad de El S-scan para la detección de grietas se presenta en la Figura 4-10.

Figura 4-10 Ejemplo de influencia de frecuencia de digitalización en la calidad de imagen de escaneo A y S para una Sonda de matriz lineal de 4 MHz para dimensionar una grieta de fatiga de 6 mm. (a) 12,5 MHz; (b) 25 MHz; (c) 100 MHz. La frecuencia de digitalización debe ser al menos cuatro veces la frecuencia central de la sonda. Si TOFD se aplica con sondas phased array, la frecuencia de digitalización debe ser diez veces o más que la frecuencia central de la sonda. La frecuencia de digitalización de los instrumentos phased array de nueva generación (OmniScan® y TomoScan FOCUS LT ™) se fija a 100 MHz.

4.3.2 Promediado ( Promediado  (Averaging) Averaging) El promedio es el número de muestras (escaneos A) sumados para cada adquisición paso en cada A-scan visualizado; el promedio aumenta la SNR al reducir ruido aleatorio:

La función de promedio reduce la velocidad de adquisición 4.3.3 Compresión (Compression) Compresión es la reducción en el número de puntos de datos de muestra basados en posición y amplitud máxima (vea la Figura 4-11). La compresión reduce el tamaño de archivo sin comprometer la detección de defectos y contribuye a una mayor tasa de adquisición.

Figura 4-11 Ejemplo de compresión con una relación de 4: 1 para un escaneo A. 4.3.4 Repetición o frecuencia de repetición (PRF-Pulse-Repetition Frecuencia) La frecuencia de repetición (PRF o frecuencia de repetición de pulsos) es la frecuencia de disparo de la señal ultrasónica. PRF depende del promedio, tiempo de adquisición, retraso antes de la adquisición, la longitud de la puerta, el tiempo de procesamiento y la tasa de actualización de los parámetros. En general, el PRF debe establecerse tan alto como sea razonable, asegurando que cualquier eco fantasma está fuera del rango de adquisición. PRF depende de la ruta ultrasónica y el promedio, de acuerdo con la siguiente fórmula:

Donde inicio y rango son valores de tiempo de vuelo (en segundos) del ultrasonido Ventana de inspección. Un ejemplo de dependencia de PRF del rango ultrasónico y el promedio es presentado en la Figura 4-12.

Figura 4-12 Ejemplo de PRF y dependencia de velocidad de adquisición en el rango ultrasónico y promediando Izquierda: velocidad normal de adquisición de exploración S = 4 / s (casi estática); PRF = 700 Hz. Derecha: velocidad de adquisición de exploración S recortada = 20 / s; PRF = 2,000 Hz. Tenga en cuenta la calidad de imagen S-scan mejora para la evaluación de defectos debido a una optimización de los parámetros ultrasónicos (inicio y rango) en la pantalla derecha.

4.3.5 Tasa de adquisición (Acquisition Rate) La tasa de adquisición (Hz) representa el número de secuencias de adquisición completa que el sistema de inspección puede realizar en un segundo. La velocidad máxima de adquisición depende de muchas características: tiempo de adquisición de vuelo, promedio, frecuencia de digitalización, recurrencia, número de escaneos A, velocidad de transferencia y valores de compresión (consulte la Tabla 4-3, Figura 4-13 y Figura 4-14). La tasa de adquisición determina la velocidad máxima de escaneo sin datos de ultrasonidos faltantes (vea la Figura 4-14).

Las siguientes relaciones deben ser satisfechas:

Figura 4-13 Dependencia de la velocidad de adquisición en la velocidad de transferencia, número de muestras y configuración modo.

Figura 4-14 Ejemplo de la influencia de la velocidad de exploración en la tasa de adquisición. Izquierda: escaneo velocidad 25 mm / s (datos faltantes). Derecha: 10 mm / s (todos los datos recopilados). Establecer el PRF correcto es muy importante para evitar los ecos fantasma, y para recoger todos los datos relevantes. Los ecos fantasmas son ecos de interferencia debido a un desajuste entre el tasa de repetición (PRF) y ventana de adquisición. Un mayor valor de PRF dará lugar a una secuencia de disparo que es demasiado corta. Una secuencia de disparo consiste en lo siguiente intervalos de tiempo de vuelo (vea la Figura 4-15): • Retardo (electrónico + cuña / interfaz + pieza de prueba) • Adquisición (rango útil) úti l) • Procesamiento • Actualización La longitud de una secuencia de disparo es el recíproco de la PRF / canal.

Figura 4-15 Componentes de la secuencia de encendido para la frecuencia de digitalización