Phased Array Ultrasonic Testing (PAUT)
Phased Array Ultraschall Testing (PAUT) verwendet einen Mehrelement-Wandler, bei dem jedes Element unabhängig mit präzisen, computerberechneten Zeitverzögerungen gepulst wird. Durch die Steuerung dieser Phasenlage kann der resultierende Ultraschallstrahl elektronisch gesteuert, fokussiert und gescannt werden, ohne dass die Sonde physisch bewegt werden muss. Dies ermöglicht eine schnelle, detaillierte Darstellung von Fehlern, insbesondere bei komplexen Geometrien, und übertrifft damit herkömmliche Einzelelementtechniken.
Das Grundprinzip von PAUT ist die konstruktive und destruktive Interferenz von Wellen, wie sie im Huygens'schen Prinzip beschrieben wird. Eine PAUT-Sonde besteht aus einer Anordnung von kleinen, einzelnen Wandlerelementen (16 bis 256 oder mehr). Ein computergesteuertes Instrument sendet präzise getaktete elektrische Impulse an jedes Element. Wenn alle Elemente gleichzeitig gepulst werden, erzeugen sie einen geraden Standard-Ultraschallstrahl. Durch die Einführung winziger Zeitverzögerungen zwischen der Zündung benachbarter Elemente wird jedoch eine Phasenverschiebung über die Öffnung der Sonde erzeugt.
Diese Phasenverschiebung bewirkt, dass die einzelnen Wavelets so interferieren, dass die kombinierte Wellenfront in einem Winkel gelenkt oder auf eine bestimmte Tiefe fokussiert wird. Indem beispielsweise die Impulse von einem Ende des Arrays zum anderen verzögert werden, kann der Strahl über eine Reihe von Winkeln geschwenkt werden, wodurch ein "sektorieller Scan" oder S-Scan entsteht. Auf diese Weise kann ein großes Materialvolumen von einer einzigen Sondenposition aus geprüft werden. In ähnlicher Weise kann der Strahl durch Anwendung eines parabolischen Zeitmusters fokussiert werden, wodurch seine Intensität erhöht und die Auflösung in einer bestimmten Tiefe verbessert wird.
Diese elektronische Steuerung bietet immense Flexibilität und Geschwindigkeit. Eine gesamte Schweißnaht kann schnell geprüft werden, indem die elektronische Abtastung entlang der Array-Länge mit der Winkelabtastung kombiniert wird. Die Daten werden häufig in einfach zu interpretierenden 2D- oder 3D-Farbbildern (S-Scans, C-Scans) dargestellt, die im Vergleich zum einfachen A-Scan der herkömmlichen UT eine intuitivere Darstellung der Fehlerposition und -größe bieten.
UNESCO Nomenclature: 3322
- Werkstoffkunde
Verwendung
Weitverbreitete Verwendung
Vorläufer
- phased array antenna technology developed for radar and sonar
- advances in microelectronics and digital signal processing for controlling many channels
- conventional single-element ultrasonic testing methods
- Huygens'sches Prinzip der Wellenausbreitung
Anwendungen
- weld inspection in nuclear power plants and pipelines
- aerospace industry for inspecting composite structures and friction stir welds
- medical imaging, particularly in echocardiography and obstetrics
- corrosion mapping in petrochemical storage tanks and piping
- inspection of complex-geometry components like turbine blades
Potenzielle Innovationsideen
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Verwandte Themen: Phased Array, PAUT, Strahlsteuerung, Strahlformung, ZfP, Ultraschallbildgebung, Wandleranordnung, Schweißnahtprüfung, zerstörungsfreie Prüfung, elektronische Abtastung.