基于全矩阵数据采集的全聚焦超声检测

检测厚度较大的不锈钢工件内部裂纹通常需要高能量的X射线源和高灵敏度的探测器，因为这涉及到在高本底噪声下探测弱信号。此外，有些情况下，X射线源和探测器无法分别放置在被检物的两侧，即不存在X射线检测面。相比之下，超声成像检测能够利用声波在工件内部传播时遇到裂纹和空洞产生的强反射信号，因此具备强信号测量能力，而且只需要一个检测面。

然而，超声成像技术存在干扰信号强度高、成像精度低的技术难点。全聚焦超声检测技术（TFM）是一种基于全矩阵数据采集的新技术，它具有强大的噪声抑制功能。该技术最早由英国Bristol大学的HOLMES等人于2004年发明，随后法国研制出了基于全矩阵数据采集的全聚焦超声检测仪器，于2014年推出。

传统相控阵超声检测虽然能够识别干扰回波信号和缺陷回波信号，但其识别精度较低，容易导致误判或漏检。相比之下，TFM技术在成像、聚焦、检测能力和分辨率等方面有了显著提高。

基于全矩阵数据采集的全聚焦超声检测设备具有极快的数据采集和处理速度，达到了100兆赫的采样速度，全球仅有法国的一两家公司研制出了64探头的全矩阵数据采集卡，其数据吞吐量可达每秒1.8GB。

然而，尽管TFM技术带来了巨大的进步，但在实际应用中仍然面临一些挑战，操作难度较大。除了需要深入理解全聚焦理论和近场理论外，还需要选择适当的传播模式（声波组）以进行特定检测。选择错误的模式可能导致某些缺陷在显示屏上完全消失，产生显而易见的严重影响。目前，全矩阵数据采集的全聚焦超声检测仪器数量有限，因为其使用技术难度很高，只能由专家操作，而且这些检测仪器生成的图像可能伴随一些重建伪影和干扰，使一般用户难以区分真实缺陷和伪影。

瑞蒂森（HERE）在全聚焦超声检测领域取得了世界先进水平，能够直接提供最终用户使用的全聚焦超声检测仪器，适用于在役螺栓的检测。这些检测仪器操作简单，不需要操作人员具备高水平的技术，能够提供清晰的缺陷图像，没有伪影和噪声干扰。

图1：用全聚焦超声成像技术对刻槽螺栓样品检测结果

图1中标注的是缺陷位置，是从检测面到缺陷的距离，以毫米为单位，例如：标注：“173mm”是指该缺陷到检测面的距离为173毫米。其中“26mm”和“63mm”的缺陷是在螺纹上的刻槽。所有检测位置和实际刻槽的位置误差不超过1毫米，并且“173mm”和“310mm”裂纹的宽度在1毫米左右，这种聚焦效果（聚焦精度1毫米）和位置检测精度（位置误差小于1毫米）是目前所有超声成像检测结果，包括国际上的文献值都达不到的。 未来，瑞蒂森公司将继续努力，融入人工智能等技术，进行缺陷类型分类、消除重建伪影、生成缺陷的3D图像以及进行工件寿命分析等一系列工作。

在役螺栓检测

国内现有的超声检测技术，除了瑞蒂森（HERE）以外，通常只能探测到螺栓外表面的裂纹。它们使用环形相控阵超声探测器进行螺栓内部缺陷检测，这种方法是轴向垂直的断面检测，只能探测到螺栓内部较大的空洞和较大的裂口，而较小的裂纹则无法检测到。这种情况下，如果螺栓内部已经存在较大的裂口，在拧紧时就容易发生断裂。

然而，HERE在全聚焦方式超声检测领域取得了世界领先水平。我们不仅能够检测到螺栓外表面的裂纹，还能探测到螺栓内部的细小裂纹和其他缺陷。此外，我们开发的风电在役螺栓检测仪器操作简单，不要求操作人员具备高水平的技术，误判率和漏检率都很低。这完全满足了风电在役螺栓检测的需求。