超声波相控阵检测原理和应用(一)(二) 共30页

改变声束角度
改变聚焦距离
改变声束位移
每次发射与接收用相控阵探头的一部分阵 元合成声束
每次发射与接收所用的阵元组合在整个阵 列中依次移位
可以完成线扫描
相控阵的功能
相控阵技术实现了声束位移、角度和聚焦 可动态变化的万能探头。
应用于手动超声检测时通常以B扫描成像方 式显示图象。包括L扫，S扫和组合扫查。
应用于自动检测时通常实现任意多个声束 的多通道自动检测。
超声波相控阵原理和应用（二）
基础理论
费马原理
费马原理（Fermat Principle）
广义：沿传输时程最短的路径传输 狭义：均匀弹性介质内沿直线传输
均匀弹性介质内超声波传输
简振波传输 脉冲行波传输
穿过两种介质界面的超声波传输
相位控制
具有独立电子引线的探头单元称为阵元。独立控制 各个阵元的发射和接收超声波的精确延时，使之干 涉叠加形成想要的波阵面。
阵列的类型
平面阵列：
一维阵列：线阵，环阵 二维阵列：矩阵，lo-theta阵列
非平面阵列
柱面
线阵
环阵
矩阵
lo-theta阵列
阵列的特点和作用
折射定理（Snell’s Law）
空间两点声波传输
折射定理（Snell’s Law）
叠加原理
叠加原理（波动相干叠加）
在线性范围内多个波源形成的振动是各个波源 形成振动的线性叠加
推论
整个探头的声场是探头作用面元声场传输函数 的积分
空间各个位置的总声场是每个阵元在该位置产 生的声场的干涉叠加。
超声波相控阵技术已广泛应用于医用超声 成像与诊断
2000年以来，已有超声波相控阵的无损检 测技术进入实用阶段
超声波相控阵技术为代表的超声成像技术 将给无损检测行业带来新纪元
雷达机械扫描探测飞行物
相控阵雷达定位飞行物
超声相控阵基本原理
定义
探头阵列
许多较小尺寸的探头单元有序排列成阵列，或者说 将一个大尺寸的探头按规则分割成许多独立小单元 探头的阵列。形成阵列探头。
矩形探头声场分布特性计算
矩形探头声场分布特性结果
一维阵列的叠加
每个阵元具有不同的相位延时，各个阵元 的信号叠加相当于孔径内相位函数的傅立 叶（Fourier）积分
改变声束角度
改变聚焦距离
有效孔径
有效孔径
用于合成声束的阵元在垂直于传输方向上的最 大投影尺寸
确定远场指向性的角度分辨率
声束半扩散角
确定可聚焦的近场区范围
有效孔径
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有确定的阵元相对位置（或电脑通过传感 测知道阵元相对位置）。
阵元在相位控制作用方向的尺寸应约是波 长数量级。
相邻阵元在相位控制作用方向的中心间距 应约是波长数量级。
电脑控制同步延时控制各阵元发射和接收 相位延时，干涉叠加合成各种预期的波阵 面和声束。
相控阵的功能
改变声束位移 改变的声束角度 改变聚焦距离和聚焦特性 电子扫描 电子扫描成像
超声波相控阵检测原理和应用
超声相控阵基本概念
内容
超声相控阵技术是什么？
要点、特征
怎样理解超声相控阵技术？
基本原理和方法
超声相控阵技术有些什么类型？
多种成像技术、聚焦策略、扫描和检测技术
怎样使用超声相控阵？
典型应用、相关标准和操作过程
相控阵超声成像与检测设备
超声波相控阵技术源于电子雷达相控阵技 术