相控陣檢測技術在儲罐中的應用與研究

安廣山，于學燕

（中海油安全技術服務有限公司，天津 300457）

工業開發生產對社會生產發展起著促進的作用，而加強工業環保管理工作則更有利于保護環境，減少因儲罐泄漏而造成的環境污染，減少對外部環境所帶來的影響。加強無損檢測技術研究能推動環保事業的發展，解決儲存過程中所引起的諸多環保方面的問題發生。在儲罐中采用相控陣檢測技術進行檢測，能有效幫助石油技術人員加強儲罐無損檢測工作，以減少對因氣體、液體泄漏而引起氣候、土壤污染情況，也減少因泄漏而造成重大經濟損失，降低各種突發與重大安全事故的出現，避免爆炸危險的發生。解決當前技術檢測上難題，這樣才能真正的提高技術利用效率。這也是為什么需要加強研究相控陣檢測技術原理的原因之一。

1 相控陣檢測技術定義

相控陣檢測技術從被發明之后，就發揮出了很大的作用。該技術是一種新型的聲控束檢測技術，是在原來的無損檢測基礎上進行創新開發出來的。這種技術操作方便，應用靈活，原理簡單，可控性較強。可通過改變探頭方式來進行工作，對物體進行三百六十度掃描，然后，在通過使用機械掃描方式來產生圖像[1]。

相控陣檢測技術操控技術靈活、方便，其主要通過改變單個晶片方式，來完成脈沖發送與發射，并引入時間變換來完成。相控陣檢測技術最早是始于九十年代初期，該技術被發明出來，經歷了多個技術創新階段。該技術已經成為主流的一種無損檢測技術之一。該技術從被開發以來就得到很大推廣。

相控陣檢測技術目前已經變得十分成熟，技術性能方面也比較穩定。由于，相控陣檢測技術能力強，準確率較高，目前該技術已經廣泛的應用到各個生產領域當中，例如：石油儲存、液體儲存等。近幾年來，我國在相控陣檢測技術探索方面也取得了一定的突破，也已經引入了超聲相控設備，這也改變了我國在無損檢測技術領域的發展格局，推動了我國在這一領域的發展。特別就是通過引入該技術設備幫助了我國技術人員更好做好檢測工作，減少石油儲罐泄漏事故的出現，與減少因石油泄漏而造成的損失。其次，相控陣檢測技術能夠幫助技術人員降低檢測難度，提高檢測效率，減少時間方面的浪費，這對于檢測來說也能帶來很多好處。

2 和常規的超聲波探討比較

超聲相控陣轉換器，是一種基于了雷達電磁波相控陣技術基礎上開發出來的技術。這種技術檢測精確度高，廣泛的應用于工業無損檢測領域當中。超聲相控陣設計原理簡單，其主要是由內部的很多的輻射單元排列所構成的。超聲相控技術的操控原理同樣也十分的簡單，該技術則主要是利用陳列天線中的不同相位與單元幅度，來巧妙的改變電磁波輻射運行方位，快速的靈活的聚焦掃描雷達波束來進行工作，完成一系列的掃描檢測工作。

超聲相控陣換能器設計技術，自運用到工業檢測領域之后，該技術就被很多技術人員所廣泛運用，解決了工業領域對儲罐內部的檢測問題。超聲相控陣的思想設計原理是源自于惠更斯原理，并在該技術原理中進行再創新，提高了技術應用效率。內部的換能器主要是由很多的獨立運行的壓電晶片陣列所組成的，不同的晶片都是一個獨立的新單元，按照相關的技術與時序來操控電子操控系統，能使陣列中的各單元發射超聲波疊加形成一個新的波陣面。在反射波的接收的過程中，然后再根據一定的規則與時序控制接受的單元的接受，并對數據進行合成，然后將的相關數據結果，以合理的方式來進行呈現。

2.1 常規超聲探頭發射波束控制

常規超聲探頭發射與相控陣檢測技術發射原理，是存在一定差異，這種差異也決定了兩種技術檢測效率與質量及用途。首先，常規超聲探討發射、接收都是由探頭來完成的，而相控陣檢測技術則是由波束控制來進行控制，是基于惠更斯原理而開發出來的一種技術。采用的就是角度模塊引入技術，然后適當的延長發射期間所產生的角度波束。具體可參考圖1。

圖1 常規超聲探頭發射的波束

2.2 常規超聲探頭的波束控制

為了提高超聲探討發送與接受信號的能力，采用波束控制技術。而聲束在楔塊內產生的原理并不復雜，主要還是基于了惠更斯原理。具體參考圖2。

圖2 常規超聲探頭接受的波束控制

3 相控陣檢測技術優勢

3.1 信噪比高

相控聚焦最大的特點之一，便是信噪比比較高，而單探頭則要明顯的弱于相控聚焦。究其原因主要還是因為技術設計原理不同所造成。首先，相控聚焦各陣元發射的超聲波率都是相同無差別的，是一種相干波。焦點處的內部則為各陣平方與元聲強，而系統噪音信號通常都呈現無序信號，為相位和頻率的信號雜波。當二者在焦點處疊加時則就具有平均降噪的這一功能。相控陣無損檢測在技術上具有很多的優點，并且還是其他探討技術所無法相提并論的。相比以往的單探頭探測技術而言，因此就擁有更高的信噪比。

3.2 超聲波束更窄

在超聲聲束尺寸上設計比較的合理、科學，相比于線性相控陣形成的超聲聚焦聲，要比傳統單探頭的聲束尺寸窄小，這主要因為相控陣對超聲束聚焦的結果。因此，相控陣超聲技術能檢測出較小的缺陷。這便是這種技術所具有的一大優點之一。使之能夠在工業無損檢測領域中占有一席地位，得到很好的推廣與運用，從而大大提高的檢測質量與效率。

3.3 分辨率高

由于成像分辨率高，使得技術人員在運用這種技術進行檢測的時候，能夠清晰、清楚的看到具體的油罐內部情況，能及時發現縫隙，能準確的探測到儲罐的表面傷痕，以及所存在的一些缺陷。這種技術運用到油罐檢測當中可謂是很有作用的，是很不可缺少的一種現代無損檢測技術，相比于以往的哪些技術而言，該技術所具有的優勢是不能被替代的。例如：因為線性相控陣能將油罐內的傷痕進行全面掃描，幫助技術人員及時發現油罐內的缺陷，這樣就能幫助技術人員及時進行搶修，以避免儲罐引發泄漏事故，減少因石油泄漏而引起的經濟損失。

3.4 效率較高

技術人員運用相控陣檢測技術來檢測儲罐的時候，可以利用該技術所具有的優勢，來加強儲罐檢測效率，能夠及時幫助技術人員發現儲罐內的缺陷，或者是傷痕等，有助于減少檢測所需時間，節約了很多金錢成本。該技術可以通過運用電子相控聚焦與掃描技術，探測儲罐內的各個位置、角落，可及時檢測出存在問題的位置，并且根據焦點的強度與深度來進行掃描，顯得更加靈活、高效。對于檢測而言還是帶來莫大好處的，這也是其他檢測技術很難相提并論的。這也使該技術得到充分運用的一大原因。

3.5 可以進行較為復雜的工件檢測

通常來說，相控陣可檢測很多不同形狀的儲罐（圓形或幾何形），或者是金屬、非金屬儲罐。這是因為該技術能夠自動檢測存在有細小縫隙的部位，發現傷痕。不管用于檢測什么樣的儲罐，該技術依然能勝任。這對技術人員來說能減少很多時間上的浪費，能夠有效的減少很多不必要的檢測失誤的出現，并且大大的提高工作檢測人員的工作效率，減少因檢測失誤而引起重大安全事故的出現。

4 結語

綜上所述，從上介紹分析可見，采用相控陣技術能幫助技術人員檢測儲罐內的缺陷、傷痕及縫隙，能及時幫助技術人員發現儲罐內的服飾情況。采用該技術檢測能減少技術檢測難度，提高檢測效率與節省很多成本，從而能能有效的提高檢測質量，從而避免儲罐因存在缺陷存在，而引發重大泄漏事故，提高儲罐的儲存安全性，消除各種安全隱患的出現，提高儲罐安全管理水平。因此，相控陣檢測技術是很值得推廣使用的一種技術。