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1 两种方法概述
1.1 同时激发一组晶片的聚焦
这种方法,对无楔块探头而言,太好理解了: 近场长度N(上文OPm线段),就是焦点的深度;近场点Pm,就是焦点。理由呢,因为近场点是声轴上对应最后一个声压极大值的点。不是焦点,怎么会有声压极大值呢?
这种方法,改变焦点的措施是:
(1)改变同时激发的晶片数目n----改变探头的有效长度L,以获得不同的近场长度N----焦距Opm;
(2) 不改变同时激发的晶片数目n,但改变同时激发的晶片序号,如由同时激发1-16,改为2-17,3-18,……,焦点Pm平行于扫查面移动。
1.2 按声程延时激发一组晶片的聚焦
下面文字摘自资料〔1〕:
所谓“声束聚焦” 是指由于各个晶片距离焦点的声程不同,通过延时法则改变晶片的激发时间----距离焦点远的晶片先发射信号,距离焦点近的晶片后发射信号---可使各个晶片发射的信号同时到达焦点,在一个小区域形成一个高强度的声场。
2 一组晶片最大延时时差计算公式的推导
对学过TOFD的人而言,这种几何计算,是容易的。设无楔块线阵列相控阵探头的有效长度为L,L的两个端点分别为A和B两点,设O为L的中点,AO=BO=r。又设P点在扫查面下,OP垂直于AB,OP为焦距f,也是处于探头有效长度(被延时激活一组)O点发射声波到P点的声程。A和B两点到P点的声程分别为AP和BP,AP=BP=s,边缘晶片与中间晶片的声程差(最大声程差)
Δs=s-f=(r2+f2)1/2-f (1)
边缘晶片与中间晶片的延时时差(即最大延时时差)
Δt=Δs/c (2)
式中:c---钢中纵波声速。
公式(1)和(2)是示意,读者可以将一组晶片按顺序编号,参照公式(1) 和(2),具体计算出其延时时差。
3 延时聚焦焦距f的范围
3.1 近场长度N与f的关系
N是一组晶片同时激发,各晶片超声场干涉合成的结果;而f是边缘晶片发射时间长,中间晶片发射时间短的声场合成。所以,f≤N。深度或声程大于N,有合成叠加值减弱或大于1.6N的扩散衰减,声压单调下降,再讨论聚焦已无意义。
3.2 单晶片未扩散区Bi与f的关系
我认为,单晶片未扩散区Bi大约为5mm。如前篇短文所述: 在与扫查面距离大约5mm之前,各晶发出的波并未扩散,自然也未干涉合成问题。因此,可以认为f≥Bi(≈5mm)。
3.3 结论
f数值范围似乎可用下式表示:
Bi(≈5mm)≤f≤N (3)
参考资料
〔1〕刘晓睿 强天鹏等.无楔块条件下超声相控阵的聚焦特性测试〔J〕.无损检测,2012,34(3):38-41