用Al8xgte-1E PCIe高速数据采集卡完成自动化超声波检测

本文介绍了上述系统以及用于管道检测的专用 超声波UT 探头。

将显示以下测量结果：

• 内径为 15-80 毫米的管子中的一般损耗测量
• 在管道磨损区域检测 7/8"（22 毫米外径）管道中的小圆周裂纹。
• 检测 7/8 英寸（22 毫米外径）管道的小半径 U 形弯曲区域中的小轴向裂纹。
• 10 mm 管道中的裂纹测量。

需要快速数据采集和高采样频率来满足准确的缺陷尺寸检测和检查速度要求。

一、简介

Nerason 1090 测量系统是一种用于超声波管测量的自动化、快速的数据采集和分析系统。
系统布局如下图所示：

探头、（本地）控制单元、机械部件和辅助设备专为管道检查而设计。采集站可用于各种重复性数据采集任务。本文概述了用于高级超声波管检测的系统性能。

2. 设备

2.1 探头
Nerason 柔性探头基于浸入式超声波脉冲/回波和/或一发一收技术。超声波是通过电子脉冲超声波换能器产生的。超声波换能器具有超声波发射器和接收器的双重作用。换能器发射的超声波在液体中传播并指向旋转镜。旋转镜将超声波反射并重定向到管壁，使其以正确的角度进入管壁。有许多不同的探头用于 8-82 毫米 ID 范围内的管子，专门设计用于检查管子的以下信息和/或缺陷：

• 室壁厚度
• 轮廓测量
• 涂层管（和涂层）的厚度
• 点蚀
• 侵蚀/腐蚀
• 套管焊接完整性
• 焊缝完整性
• 凹陷
• IGA补丁
• 轴向和周向开裂

2.2 辅助设备
需要辅助设备来驱动探头穿过管子并向探头提供耦合液体（通常是水）。

2.3 本地控制单元
本地控制单元可以放置在距离采集站 150 m 的地方，由几个控制和电源单元组成，可以远程控制测量。

2.4 数据采集
Nerason 1090 数据采集系统由一个标准的高级 PC 组成，该 PC 配备了一个连接到内部 PCI 总线的模数转换器卡（ADC 卡）。所有软件模块旨在为用户提供配置、数据采集、数据处理、屏幕布局设计和硬件组件使用方面的完全自由。

主要特点是：

• 8 位或 12 位采样率高达 500 或 250 MHz
• 区分和控制多达4095个通道
• 独立的数据处理引擎
• 高速自动化控制
• 用户可配置的操作界面
• 打开程序界面

OKOS 数据采集卡负责（重复）测量信号的高速数据采集。

连接到标准 PC 上可用的标准 PCI 总线，信号被数字化、临时存储、预处理并传输到总线。设计的方式是系统设置的限制优于超声响应设置的物理限制。在许多应用中，系统的速度与超声波要求的一样快。

2.5 分析站和数据存储单元。
分析站和数据存储单元在物理上可以与采集站相同，主要由分析数据的专用软件和智能存储介质组成。

3. 结果

3.1 内径为 15-80mm 的管材的一般损耗测量

对于一般损耗测量，使用 12mm 窗口探头和 45 度反射镜。
探头将浸入水中，以便超声波容易传播。
换能器发出超声波脉冲，该脉冲将被旋转镜反射。来自水钢界面和管后壁的反射由同一个换能器接收。通过测量这些反射之间的飞行时间，可以测量壁厚。
可以通过多种数据呈现方式来展示结果。
图 1.5 显示了带有平底孔的试管的 3 维数据表示示例。
壁厚的测量精度可达 0.02 毫米。

3.2 检测 7/8 英寸（22 毫米外径）管道中管磨损区域的小圆周裂纹。
管道磨损可能发生在例如蒸汽发生器的支撑板位置。
剩余壁厚可以测量，裂纹可以在这样一个区域被检测和尺寸。
图 1.6 显示了这样一个位置的图，带有壁厚测量的数据表示。所谓的“C 扫描”图显示绿色为标称壁厚，红色为更薄的壁厚.
图 1.7 显示了在该位置发现的裂纹的数据呈现，裂纹的深度和长度由分析软件自动确定。

3.3 7/8" (22 mm OD) 油管小半径 U 型弯头区域的小轴向裂纹检测。
专用探头（见图 1.8）设计用于检测小半径 U 型弯头的裂纹。图 1.9 显示了最裂纹可能发生的位置和缺陷区域的所谓“Bscan”表示。这种类型的缺陷需要高级 UT 分析来评估数据。这种分析方法可以检测到 10-20% 的透壁裂纹并确定其尺寸.

3.4. 10mm 管中的裂纹测量。
图 1.10 显示了专为 10 毫米内径的极小管道设计的探头。

可以在非常小的 10 毫米内径管中检测到 15% 穿透壁的裂纹并确定尺寸。

4.检验速度

上述系统的优点是有可能获得所有必要的数据，而限制现在由超声波的物理学设置，而不是由系统的采集速度设置。
图 1.11 显示了多年来检测 20 mm 管道中 20% 穿壁裂纹的检测速度图（单通道系统）。红线显示了超声波需要穿过材料的时间所设定的物理极限。

5.结论

在上述系统的帮助下，高速高频 UT 数据采集成为可能，包括完整的 Ascan 数据存储，用于非常准确的数据分析