〔PAUT学习笔记2〕相控阵探头单独激发某个晶片的超声场

0 序言

    相控阵探头是多晶片探头。最简单的相控阵探头是无楔块线阵列相控阵探头(简单理解是:窄矩形晶片呈线性排列的直探头)。本文按这个思路探讨: 相控阵探头单独激发某个晶片的超声场。

有个帖子问:

相控阵探头某一个晶片发出的波，是平面波、柱面波，还是球面波？它的声束有轴线么？如果有，它的方向是怎样的？

我的答复如下。如有不当，请指正。

1 假设条件和有关计算

1.1 假设条件

设单个矩形晶片尺寸为1mmX12mm，其中宽度为1mm(沿探头长度方向，用2b表示)，其长度为12mm(沿探头宽度方向，或认为:单个晶片长度，等于探头宽度，用符号W表示)，超声纵波波速c=5900，公称频率f=5MHz。

1.2 半扩散角计算

已知波长λ=c/f=5.9mm/5=1.18mm。

根据特压《超声检测》62页公式(3-14)可以求出:

探头前后方向第1零值半扩散角

Φo≈57⁰.〔λ/(2b)〕=1.18X57⁰=67⁰

   (探头宽度方向，是柱面波声轴，不再计算半扩散角。)

1.3 近场长度和未扩散区长度

已知矩形声源面积F=WX2b=1mmX12mm=12mm²。

根据特压《超声检测》63页公式(3-16)可以求出:

近场长度

Ni=F/(兀.λ)=12mm²/(兀.1.18mm)=3.2mm

    根据特压《超声检测》61页公式(3-9)可以求出:

未扩散长度

       Bi≈1.6X3.2mm=5mm

2 声场描述

上述单晶片尺寸，有代表性。因此，我认为: 相控阵探头某一个晶片发出的波，其近场长度大约为3mm左右;与矩形声源中心距离超过5mm后，声束是以扩散角130⁰（2Φo=2X67⁰=134⁰）大致范围、近似半柱面波向外传播，声压单调下降。

面状声源必有声轴。由于单个晶片为矩形，声束轴线垂直于晶片矩形平面，过矩形形心。

综上所述，可以认为，在声程≥5mm以后，单晶片声束的可扫查范围很大。假如在单晶片声轴左或右侧夹角65⁰范围内，有个距离适当的横孔，是可以扫查到的。