Phased Array

Phased Array

Durchführung bei der ZEROS GmbH

Phased-Array ist eine moderne bildgebende Ultraschallprüfung. Die Zeros GmbH hat kontinuierlich in neue Technologien investiert und führt Phased-Array Prüfungen mobil oder stationär durch.

Wie funktioniert die Phased-Array-Technologie?

Die besondere Eigenschaft der Phased-Array-Technik, auch Gruppenstrahlertechnik genannt, ist die computergesteuerte differenzierte Anregung der einzelnen Schwinger (Zeit und Amplitude) eines Sensors mit mehreren (Einzel-) Schwingern.

Durch Software ist es möglich ein fokussiertes Ultraschallfeld nach Winkel, Fokustiefe, Fokuslänge und Bündeldurchmesser zu ändern. Die Erzeugung dieser Schallfelder beruht auf der Überlagerung von Wellen, hervorgerufen durch zeitliche Verzögerungen der einzelnen Schwinger. Auf gleiche Weise wird das Echo aus dem gewünschten Fokuspunkt über eine berechenbare Zeitverzögerung empfangen.

Einfach gesagt sind in einem Prüfkopf mehrere Sensoren vereint die durch zeitliche Phasenverschiebung im selben Moment verschieden Winkel prüfen können und durch Software bildlich (siehe Abbildung der farbige Teil) dargestellt werden.

3 Arten der Schallfeldsteuerung

Elektronischer Linien-Scan
Beim elektronischen Scannen wird eine Gruppe aktiver Sensoren unter gleichen Schallfeldbedingungen geführt. Die Bewegung erfolgt mit einem Winkel entlang der Sensorachse.

Sektor-Scan
Sektor-Scan wird auch Winkelscan genannt. Mit einem Winkelscan wird das Ultraschallfeld in einem bestimmten Winkelbereich mit einem definierten Fokus unter dem Gebrauch derselben Ultraschallelemente geschwenkt. Es können weitere Einschallbedingungen und unterschiedliche Winkelbereich hinzukommen.

Dynamische Tiefenfokussierung (DDF)
Die dynamische Tiefenfokussierung (DDF) ist eine programmierbare Anpassung in Echtzeit bei Empfang durch Ändern von Verzögerung, Verstärkung und Erregung der Einzelelemente als Funktion der Zeit. Die DDF ersetzt die Empfangsmodulierung für das Schallfeld durch mehrere Einzelmodulierungen im gewünschten Fokusbereich.
Anders gesagt ändert die DDF-Funktion dynamisch den Fokusabstand der einzelnen Echos. Die DDF verbessert deutlich die Nachweisempfindlichkeit und das Signal-Rauschverhältnis.

Phased-Array-Sensoren

Linearsensoren sind in der industriellen Andwendung am häufigsten. Eines der wichtigsten Eigenschaften von Linearsensoren ist das aktive Schallfeld (Apertur).
Die aktive Apertur (A) ist die gesamte aktive Sensorlänge. Die Apertur wid durch folgende Formel definiert:

A = (n-1)*p+e

Wobei:
n = Anzahl der Einzelelemente im Gruppenstrahler
p = Abstand zwischen den Mittenachsen zweier benachbarter Elemente
e = Elementbreite des einzelnen Piezo-Composite-Elements
g = Abstand zwischen den Elementen

Phased Array Sensorarten

• Winkelsensoren
• Integrierter Vorlaufkeil
• Kleine Gehäusetotzone
• Tauchtechnik
• 2D Sensoren
• 1.5D Sensoren
• S/E Sensoren

Anwendungsgebiete

Phased Array Ultraschallprüfung

Phased Array ist ein geeignetes Prüfverfahren bei schallleitfähigen Werkstoffen. Dabei sucht man innere und äußere Fehler, wie zum Beispiel: bei Schweißnähten, Schmiedestücken, Guss, Halbzeugen oder Rohren. Das Auffinden von äußeren Fehlern ist vor allem bei Teilen wichtig, wo die innere Oberfläche nicht zugänglich ist.

Eine Sonderanwendung liegt im Bereich der Messung von Schichtdicken.