在檢測高衰減的大厚度構(gòu)件時,相控陣超聲聲束在非聚焦區(qū)域的聲能量損失嚴(yán)重,采用線陣或矩陣超聲換能器的檢測精度和最大檢測深度常難以滿足要求。首先,建立了合成聲束三維聲場分布模型,分析了不同陣列超聲換能器的空間聲場能量分布特點(diǎn),發(fā)現(xiàn)環(huán)陣超聲換能器在相同聚焦深度處的聲場特性更好,同時具有陣元數(shù)量少、聲束焦斑沿軸線中心完全對稱等特點(diǎn)。然后,建立了一種采用環(huán)陣超聲換能器的全聚焦方法（TFM,Total Focusing Method）,并基于試樣群速度測量結(jié)果對各向異性材料中的聚焦算法進(jìn)行了優(yōu)化。在這種方法中將所采集到的全矩陣數(shù)據(jù)沿?fù)Q能器中心軸線進(jìn)行重建,可實(shí)現(xiàn)沿深度方向的逐點(diǎn)無窮聚焦。最后,利用所研制的陣列超聲C掃描自動檢測系統(tǒng)對預(yù)埋有缺陷的3D打印鈦合金試樣進(jìn)行了對比檢測實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明采用全聚焦成像算法的環(huán)陣超聲換能器能實(shí)現(xiàn)55mm試樣內(nèi)部直徑0.8mm、深度5.0mm平底孔和橫孔缺陷的精確檢測,相對于常規(guī)的動態(tài)聚焦算法有更高的檢測信噪比和定量精度。 

【文章來源】：航空學(xué)報. 2020,41(10)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

環(huán)陣超聲換能器的聚焦聲場計算示意圖

不同陣列超聲換能器在單層介質(zhì)中的聚焦聲場

針對單個檢測區(qū)域，將環(huán)陣超聲換能器內(nèi)所有陣元依次作為發(fā)射-接收陣元組合，所采集到的超聲回波時域信號是包括發(fā)射陣元序列、接收陣元序列和時間采樣點(diǎn)數(shù)的三維數(shù)據(jù)，即全矩陣數(shù)據(jù)[13-14]。環(huán)陣超聲換能器全矩陣數(shù)據(jù)采集的過程與采用線性陣列換能器相似，可歸納為：首先，激發(fā)環(huán)陣超聲換能器的陣元1，并讓換能器的所有陣元晶片進(jìn)行回波信號的并行接收，如圖4(a）所示。其次，將采集到的回波數(shù)據(jù)定義為S1r(N），其中r=1,2，…，N，回波數(shù)據(jù)中包含了每個時間采樣點(diǎn)接收信號的幅值，共N組數(shù)據(jù)，即圖4(b）中的第1行數(shù)據(jù)，T表示發(fā)射陣元，R表示接收陣元。最后，按照上述采集步驟，依次激發(fā)環(huán)陣超聲換能器中各個陣元，共獲得N×N組回波數(shù)據(jù)。由于環(huán)陣超聲換能器陣元數(shù)目少，其采集耗時和數(shù)據(jù)量均遠(yuǎn)小于其他換能器。采用全矩陣數(shù)據(jù)可對中心軸線上任意一點(diǎn)進(jìn)行虛擬聚焦，利用合成幅值信息實(shí)現(xiàn)圖像表征。對于規(guī)則的矩形試樣和楔塊，環(huán)陣全聚焦算法的原理如圖5所示。選取試塊上表面中心為坐標(biāo)系原點(diǎn)O，建立二維直角坐標(biāo)系xOz。通過采集到的全矩陣數(shù)據(jù)和傳播時間，依次對軸線上每一個離散點(diǎn)的幅值進(jìn)行疊加，可獲得試件內(nèi)部沿軸線方向上不同深度的成像信息[15]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3393050