フェーズドアレイ超音波

フェーズドアレイ超音波( PA ) は、超音波検査の高度な方法であり、医療用画像処理や工業用非破壊検査に応用されています。一般的な用途は、心臓を非侵襲的に 検査することや、溶接部などの製造材料の欠陥を見つけることです。技術的にはモノリシックプローブと呼ばれる単一要素 (非フェーズドアレイ)プローブは、固定方向にビームを放射します。大量の材料を検査または調査するには、従来のプローブを物理的にスキャン (移動または回転) して、対象領域にビームを走査する必要があります。対照的に、フェーズドアレイプローブからのビームは、プローブを移動せずに電子的に焦点を合わせ、走査することができます。フェーズドアレイプローブは複数の小さな要素で構成されており、各要素はコンピューターで計算されたタイミングで個別にパルスを発することができるため、ビームを制御できます。「フェーズド」という用語はタイミングを指し、「アレイ」という用語は複数の要素を指します。フェーズドアレイ超音波検査は、光学や電磁アンテナなどの分野にも応用されている波動物理学の原理に基づいています。

PA プローブは多数の小型超音波トランスデューサで構成され、各トランスデューサは独立してパルスを発することができます。タイミングを変えることで、たとえば各トランスデューサからのパルスをラインに沿って徐々に遅らせることで、建設的干渉のパターンが設定され、漸進的な時間遅延に応じて設定された角度で準平面超音波ビームが放射されます。言い換えると、漸進的な時間遅延を変更することで、ビームを電子的に操作することができます。ビームは、検査対象の組織または物体をサーチライトのように走査することができ、複数のビームからのデータがまとめられて、物体の断面を示す視覚画像が作成されます。

フェーズドアレイは、建設、パイプライン、発電など、いくつかの産業分野で非破壊検査（NDT）に広く使用されています。この方法は、亀裂や欠陥などの不連続性を検出し、それによって部品の品質を判断するために使用される高度なNDT方法です。ビーム角度や焦点距離などのパラメータを制御できるため、この方法は欠陥検出とテストの速度に関して非常に効率的です。^{[1]部品の欠陥を検出する以外に、フェーズドアレイは}腐食テストと組み合わせて壁の厚さ測定にも使用できます。^{[2] [3]} フェーズドアレイは、次の産業目的で使用できます。

• 溶接部の検査^[4]
• 厚さ測定
• 腐食検査
• PAUT検証/デモンストレーションブロック^[5]
• 鉄道車両検査（車輪・車軸）
• PAUT & TOFD 標準校正ブロック

• 医療用超音波検査で最も一般的に使用される方法。
• 複数のプローブ要素が操縦可能で焦点を絞ったビームを生成します。^[6]
• 焦点サイズはプローブの有効開口（A）、波長（λ）、焦点距離（F）に依存する。^[7]焦点合わせはフェーズドアレイプローブの近傍場に限定される。
  • ${\displaystyle {\text{焦点サイズ}}=F\lambda /A}$
  • ${\displaystyle {\text{近傍場}}=A^{2}/4\lambda }$
• オブジェクトのスライスを示す画像を生成します。
• 従来の単一要素超音波検査システムと比較すると、PA 機器とプローブはより複雑で高価です。
• 業界では、PA 技術者には従来の UT 技術者よりも多くの経験とトレーニングが必要です。

欧州標準化委員会(CEN)

• prEN 16018、非破壊検査 - 用語 - フェーズドアレイによる超音波検査で使用される用語
• ISO/WD 13588、溶接部の非破壊検査 - 超音波検査 - (半)自動フェーズドアレイ技術の使用

• フェーズドアレイ（一般理論と電磁気通信）。
• フェーズドアレイ光学系

• ASME ボイラーおよび圧力容器規格。アメリカ機械学会、2013 年。セクション V —非破壊検査。[第 4 条「溶接部の超音波検査方法」を参照。パラグラフ E-474 UT フェーズドアレイ技術]

• FOCUS - 高速オブジェクト指向 C++ 超音波シミュレーター [フェーズドアレイの作成とシミュレーションのための MATLAB ルーチン]
• フェーズドアレイアニメーションシミュレーター [5分使用後、登録が必要]
• オリンパスからのフェーズドアレイチュートリアル教育リソース