技术基础


相控阵技术

相控阵探头由几个压电晶体组成,可以在不同时间独立发送/接收。为了聚焦超声波束,对元件施加时间延迟以产生波前的相长干涉,允许能量聚焦在正在进行检查的测试样本中的任何深度。

右图中说明了这一原理,其中计算了延迟定律以将声束聚焦在指定的深度和角度。如图所示,每个元素在指定时间辐射球面波。这些小波的叠加导致在指定位置处几乎平面的波前。

在目标焦斑之前和之后,波前分别是球形会聚和发散。下面的图中显示了一些延迟律计算的例子。当没有应用延迟定律时,所得到的超声波束未聚焦并且等效于传统平面换能器产生的光束。图像中明显的自然“伪聚焦”对应于探针的近场距离。 b中所示的配置产生相同的超声波束,该超声波束将由与楔形结合使用的传统扁平换能器产生。

 

延迟定律的例子和辐射声束的可视化(位移场)。 使用CIVA仿真软件进行的计算:(a)不应用延迟定律,(b)仅转向,(c)深度聚焦和(d)组合转向和深度聚焦。

在这种情况下,没有聚焦超声能量; 所应用的延迟定律导致超声波束的转向。 图c和d分别是与a和b中所示相同的配置,除了已经修改延迟定律以将声能聚焦在指定深度。 在两个图像(c和d)中,很明显焦点更窄并且更局部化。 为了用常规探针获得相同的结果,需要使用特殊设计的晶体形状以获得所需的焦点。

原理

phased_array_principles_en

相控阵原理; 延迟定律计算为聚焦在给定的深度和角度

参考

Mahaut S.,Chatillon S.,Kerbrat E.,Porre J.,Calmon P.和Roy O.,“相控阵技术检查的新特征:模拟和实验”,WCNDT会议论文集,2004年。

Roy O.,Mahaut S.和Casula O.,“开发用于检查复杂几何构件的智能柔性传感器:建模和实验”,“定量无损评估综述”,Vol。 21,美国物理研究所,2002。

Mahaut S.,Chatillon S.,Raillon-Picot R.和Calmon P.,“使用超声相控阵的动态检测模式的模拟和应用”,“定量无损评估综述”,Vol。 23,美国物理研究所,2004。

Neau G.,Hopkins D.,Tretout H和Boyer L.,“用于飞机维护,制造和开发的相控阵应用”,2006年航空航天测试博览会。

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