相控阵检测技术在储罐中的应用与研究

安广山，于学燕

（中海油安全技术服务有限公司，天津 300457）

工业开发生产对社会生产发展起着促进的作用，而加强工业环保管理工作则更有利于保护环境，减少因储罐泄漏而造成的环境污染，减少对外部环境所带来的影响。加强无损检测技术研究能推动环保事业的发展，解决储存过程中所引起的诸多环保方面的问题发生。在储罐中采用相控阵检测技术进行检测，能有效帮助石油技术人员加强储罐无损检测工作，以减少对因气体、液体泄漏而引起气候、土壤污染情况，也减少因泄漏而造成重大经济损失，降低各种突发与重大安全事故的出现，避免爆炸危险的发生。解决当前技术检测上难题，这样才能真正的提高技术利用效率。这也是为什么需要加强研究相控阵检测技术原理的原因之一。

1 相控阵检测技术定义

相控阵检测技术从被发明之后，就发挥出了很大的作用。该技术是一种新型的声控束检测技术，是在原来的无损检测基础上进行创新开发出来的。这种技术操作方便，应用灵活，原理简单，可控性较强。可通过改变探头方式来进行工作，对物体进行三百六十度扫描，然后，在通过使用机械扫描方式来产生图像[1]。

相控阵检测技术操控技术灵活、方便，其主要通过改变单个晶片方式，来完成脉冲发送与发射，并引入时间变换来完成。相控阵检测技术最早是始于九十年代初期，该技术被发明出来，经历了多个技术创新阶段。该技术已经成为主流的一种无损检测技术之一。该技术从被开发以来就得到很大推广。

相控阵检测技术目前已经变得十分成熟，技术性能方面也比较稳定。由于，相控阵检测技术能力强，准确率较高，目前该技术已经广泛的应用到各个生产领域当中，例如：石油储存、液体储存等。近几年来，我国在相控阵检测技术探索方面也取得了一定的突破，也已经引入了超声相控设备，这也改变了我国在无损检测技术领域的发展格局，推动了我国在这一领域的发展。特别就是通过引入该技术设备帮助了我国技术人员更好做好检测工作，减少石油储罐泄漏事故的出现，与减少因石油泄漏而造成的损失。其次，相控阵检测技术能够帮助技术人员降低检测难度，提高检测效率，减少时间方面的浪费，这对于检测来说也能带来很多好处。

2 和常规的超声波探讨比较

超声相控阵转换器，是一种基于了雷达电磁波相控阵技术基础上开发出来的技术。这种技术检测精确度高，广泛的应用于工业无损检测领域当中。超声相控阵设计原理简单，其主要是由内部的很多的辐射单元排列所构成的。超声相控技术的操控原理同样也十分的简单，该技术则主要是利用陈列天线中的不同相位与单元幅度，来巧妙的改变电磁波辐射运行方位，快速的灵活的聚焦扫描雷达波束来进行工作，完成一系列的扫描检测工作。

超声相控阵换能器设计技术，自运用到工业检测领域之后，该技术就被很多技术人员所广泛运用，解决了工业领域对储罐内部的检测问题。超声相控阵的思想设计原理是源自于惠更斯原理，并在该技术原理中进行再创新，提高了技术应用效率。内部的换能器主要是由很多的独立运行的压电晶片阵列所组成的，不同的晶片都是一个独立的新单元，按照相关的技术与时序来操控电子操控系统，能使阵列中的各单元发射超声波叠加形成一个新的波阵面。在反射波的接收的过程中，然后再根据一定的规则与时序控制接受的单元的接受，并对数据进行合成，然后将的相关数据结果，以合理的方式来进行呈现。

2.1 常规超声探头发射波束控制

常规超声探头发射与相控阵检测技术发射原理，是存在一定差异，这种差异也决定了两种技术检测效率与质量及用途。首先，常规超声探讨发射、接收都是由探头来完成的，而相控阵检测技术则是由波束控制来进行控制，是基于惠更斯原理而开发出来的一种技术。采用的就是角度模块引入技术，然后适当的延长发射期间所产生的角度波束。具体可参考图1。

图1 常规超声探头发射的波束

2.2 常规超声探头的波束控制

为了提高超声探讨发送与接受信号的能力，采用波束控制技术。而声束在楔块内产生的原理并不复杂，主要还是基于了惠更斯原理。具体参考图2。

图2 常规超声探头接受的波束控制

3 相控阵检测技术优势

3.1 信噪比高

相控聚焦最大的特点之一，便是信噪比比较高，而单探头则要明显的弱于相控聚焦。究其原因主要还是因为技术设计原理不同所造成。首先，相控聚焦各阵元发射的超声波率都是相同无差别的，是一种相干波。焦点处的内部则为各阵平方与元声强，而系统噪音信号通常都呈现无序信号，为相位和频率的信号杂波。当二者在焦点处叠加时则就具有平均降噪的这一功能。相控阵无损检测在技术上具有很多的优点，并且还是其他探讨技术所无法相提并论的。相比以往的单探头探测技术而言，因此就拥有更高的信噪比。

3.2 超声波束更窄

在超声声束尺寸上设计比较的合理、科学，相比于线性相控阵形成的超声聚焦声，要比传统单探头的声束尺寸窄小，这主要因为相控阵对超声束聚焦的结果。因此，相控阵超声技术能检测出较小的缺陷。这便是这种技术所具有的一大优点之一。使之能够在工业无损检测领域中占有一席地位，得到很好的推广与运用，从而大大提高的检测质量与效率。

3.3 分辨率高

由于成像分辨率高，使得技术人员在运用这种技术进行检测的时候，能够清晰、清楚的看到具体的油罐内部情况，能及时发现缝隙，能准确的探测到储罐的表面伤痕，以及所存在的一些缺陷。这种技术运用到油罐检测当中可谓是很有作用的，是很不可缺少的一种现代无损检测技术，相比于以往的哪些技术而言，该技术所具有的优势是不能被替代的。例如：因为线性相控阵能将油罐内的伤痕进行全面扫描，帮助技术人员及时发现油罐内的缺陷，这样就能帮助技术人员及时进行抢修，以避免储罐引发泄漏事故，减少因石油泄漏而引起的经济损失。

3.4 效率较高

技术人员运用相控阵检测技术来检测储罐的时候，可以利用该技术所具有的优势，来加强储罐检测效率，能够及时帮助技术人员发现储罐内的缺陷，或者是伤痕等，有助于减少检测所需时间，节约了很多金钱成本。该技术可以通过运用电子相控聚焦与扫描技术，探测储罐内的各个位置、角落，可及时检测出存在问题的位置，并且根据焦点的强度与深度来进行扫描，显得更加灵活、高效。对于检测而言还是带来莫大好处的，这也是其他检测技术很难相提并论的。这也使该技术得到充分运用的一大原因。

3.5 可以进行较为复杂的工件检测

通常来说，相控阵可检测很多不同形状的储罐（圆形或几何形），或者是金属、非金属储罐。这是因为该技术能够自动检测存在有细小缝隙的部位，发现伤痕。不管用于检测什么样的储罐，该技术依然能胜任。这对技术人员来说能减少很多时间上的浪费，能够有效的减少很多不必要的检测失误的出现，并且大大的提高工作检测人员的工作效率，减少因检测失误而引起重大安全事故的出现。

4 结语

综上所述，从上介绍分析可见，采用相控阵技术能帮助技术人员检测储罐内的缺陷、伤痕及缝隙，能及时帮助技术人员发现储罐内的服饰情况。采用该技术检测能减少技术检测难度，提高检测效率与节省很多成本，从而能能有效的提高检测质量，从而避免储罐因存在缺陷存在，而引发重大泄漏事故，提高储罐的储存安全性，消除各种安全隐患的出现，提高储罐安全管理水平。因此，相控阵检测技术是很值得推广使用的一种技术。