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声学影响图(AIM)3个主要升级,进一步增强OmniScan X3的功能性和易用性

http://www.qctester.com/ 来源: 本站原创  浏览次数:5873 发布时间:2023-3-28 QC检测仪器网

 

 

 

自从声学影响图(AIM)建模工具随着OmniScan X3探伤仪的推出而问世以来,它就成为一种有助于设计全聚焦方式(TFM)扫查计划的不可或缺的辅助工具。AIM为不同的TFM声波组和散射体类型估算TFM声学强度覆盖范围,可助力您创建能获得很高检出率(POD)的扫查计划。

 

随着MXU的升级发布,您将从AIM的3个主要升级中获益,这些升级进一步增强了OmniScan X3和OmniScan X3 64仪器扫查计划工具的功能性和易用性。

 

 

支持三维检测的几何形状

 

以前,AIM仅支持线性探头,即TFM检测区域要直接位于晶片主轴的下方。现在随着软件更新,AIM还支持双晶线性阵列(DLA)探头和双矩阵(DMA)探头,可对平面、周向外壁(COD)和轴向外壁(AOD)几何形状进行检测。这种变化源于对AIM模型基本框架的重大修改。

 

更新后的AIM模型可提供与其他一些商业声学模拟软件包类似的结果。例如,我们来比较一下以下在使用TFM的L-L声波组对轴向外壁(AOD)几何形状进行检测时,由更新的AIM模型生成的图像和从CIVA 2021(由CEA LIST开发)获得的灵敏度图。

 

A27探头在使用L-L模式对轴向外壁几何形状进行检测时,由AIM模型获得的图像(左图)对比由CIVA软件获得的图像(右图)

 

在这个示例中,检测配置包含一个4DM16X2SM-A27探头和一个SA27-DN55L-FD25-IHC-AOD10.75楔块,被测工件为外径为273.05毫米的一段管道。如您所见,更新后的AIM模型和CIVA 2021模型为使用双矩阵(DMA)探头对这个AOD几何形状进行的检测提供了几乎相同的图像。

 

提高了探头近场的精度

 

改进后的AIM模型的第二个好处是提高了探头近场的模拟精度。由于在接触式检测中精度提高得更为明显,因此我们使用一种单晶接触式探头进行检测并获得了以下示例图像。晶片的尺寸为1 mm × 10 mm,其中心频率为5 MHz。

 

这些图像表明先前和改进的AIM模型在使用单晶探头时在近场获得的响应分别与瑞利数值模型所获得的图像进行比较的情况。瑞利模型是通过对来自单晶探头表面上的100,000个均匀分布的点源信息的求和而构建的。

 

改进的AIM对比瑞利模型(使用单晶探头和L-L模式)

 

先前的AIM对比瑞利模型(使用单晶探头和L-L模式)

 

请注意改进的AIM模型和瑞利模型之间的相似性,即使在离晶片表面1毫米的观察距离下也是如此。相比之下,先前的AIM模型在近场有振荡,可能会影响近场接触模式模拟的准确性。

 

归一化灵敏度指数

 

从前,AIM的灵敏度指数可以是任意比例单位,只能用于比较不同声波之间的相对灵敏度。现在,我们重新调整了敏感度指数,以便更直观地解读扫查计划的灵敏度。

 

在下一节中,您会了解到MXU软件为每个AIM图生成灵敏度指数而进行的计算。稍后,您会读到一些具体示例,了解到如何解读归一化灵敏度指数以及如何将其应用于实际的检测中。

 

计算AIM灵敏度指数的理论最大值

 

灵敏度指数对应于AIM图中的最大波幅值。每个像素的波幅由3个分量决定:发射响应、接收响应和散射系数。

 

 

以下是对上面方程式的定义:

 

  • N是发射晶片的数量,M是接收晶片的数量。

  • Ti代表来自第i个发射晶片的发射响应。最大值为1代表完全发射。换言之,像素处的发射强度值与发射晶片表面的强度值相同。

  • Rj代表来自第j个接收晶片的接收响应。最大值为1代表完全接收。换言之,散射强度在接收晶片的表面处得到完全接收。

  • αij代表从第i个发射晶片到第j个接收晶片的散射系数。最大值为1代表完全散射。换言之,像素处的入射强度被完全地散射到接收方向。

 

以上方程式表明,如果有N个发射晶片和M个接收晶片,则灵敏度的理论最大值为NM。然而,在典型的TFM设置配置中,灵敏度不会达到这个值。

 

平面和球面散射体类型的灵敏度指数差异

 

与之前版本的AIM一样,MXU新升级版本中的AIM也支持“球面”和“平面”两种散射体。在更新的AIM模型中,球面散射体被视为理想的点散射体,其中像素处的入射强度散射到接收方向。换句话说,对于发射器和接收器的所有组合,αij的值为1。

 

AIM中的平面散射体被建模为直径3毫米的圆形空隙。散射系数αij是频率以及三维空间中的法线、入射、反射和观察矢量的复杂函数。以下是显示这些矢量的示意图:

圆形空隙的法线、入射、反射和观察矢量的示意图

 

在这个圆形空隙的示例中,如果在定向性散射体表面上没有模式转换,反射角θr会等于入射角θi。还应该注意的是,观察矢量可能不在由法线、入射和反射矢量形成的平面上。

 

对于这种类型的散射体,如果入射、反射和观察矢量都与法线矢量重合,则αij可以达到最大值1。在脉冲回波模式下,如果发射和接收声束完全垂直于定向性缺陷,就会出现这种情况。

 

由于αij的值仅对Tx/Rx组合的一个特殊子集为1,因此,一般来说,平面散射体的AIM图的灵敏度指数会低于理想球面散射体的相应灵敏度指数。

 

如何解读和比较AIM的归一化灵敏度指数

 

本节中列举了使用同一个5L32-A32线性探头在三种不同配置下获得的AIM图及其灵敏度指数的示例。在每张示例图的下面,都有如何解读图像的说明。

 

在第一种配置中,探头使用了接触式L-L模式,其针对球面散射体的相应AIM图如下所示:

 

配置1:接触式探头使用球面L-L模式进行检测获得的AIM图(灵敏度指数 = 19.91)

 

对于这种配置,归一化灵敏度指数为19.91,即使其理论最大值为1024(32个发射晶片和32个接收晶片)。与最大值的偏差主要是由于晶片的指向性和声束在几何形状上的扩散造成的。

 

在第二种配置中,探头耦合到SA32LS-N55S-Group D楔块上,使用T-T模式对周向外壁(COD)几何形状进行检测。管道的外壁直径被设置为273.05毫米。球面散射体的相应AIM图如下所示:

 

配置2:使用球面T-T模式对周向外壁(COD)进行检测获得的AIM图(灵敏度指数 = 1.25)

 

在这张AIM图中,您会注意到,楔块正前方的外壁表面附近有一些黑色像素。这些黑色像素表示,由于楔块存在物理边界,至少有一条声程无法从晶片追踪到像素。请注意,现在的灵敏度指数为1.25,这表明需要24 dB额外的增益才能获得与之前接触式配置相同的预期缺陷波幅水平。灵敏度指数的下降主要是由于楔块/工件边界处几何声束扩散和复杂折射系数的增加。

 

第三种配置与第二种相同,但这个AIM图是针对平面反射体的:

 

配置3:使用平面T-T模式对周向外壁(COD)进行检测获得的AIM图(灵敏度指数 = 1.25)

 

缺陷角度设置为27°,因此缺陷的法线大部分垂直于声束的主要传播方向。即使采用了优化的缺陷方向,平面散射体的灵敏度指数也仅为0.44。灵敏度指数低于上一张图的1.25水平,因为缺陷表面和声束传播方向之间的完全垂直不可能为发射和接收晶片的所有组合实现。

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