圆环形Fresnel阵的声束聚焦特性

利用圆环形Fresnel阵列超声换能器可以实现声束聚焦B扫描成像.分析了圆环形Fresnel阵列产生的声场特性,包括轴上,焦平面上和全空间的聚焦声场分布,随频率变化的聚焦扫描特性,横向及纵向分辨率等.由研制压电陶瓷环形Fresnel阵列换能器进行了实验研究,其结果与理论是符合的,最后还进行了成像的初步实验.     

高频可变焦的超声显微术

在超声显微成像领域, Fresnel声学透镜作为传统球面声学透镜的一种相互补充形式, 最近受到人们的关注. Fresnel声学透镜的优点之一是平面结构, 因此制作简单. 另外一个优点就是它的会聚焦点可以随频率沿深度方向进行扫描. 研究了圆环形Fresnel表面换能器阵在固体中产生的声场和高频聚焦特性. 理论分析和实验皆表明, 这种表面阵列不但可以工作在很高的频率(如400 MHz), 而且当激励频率改变时, 会聚声场的焦点可以沿深度方向进行扫描, 即B扫描成像中的动态扫描. 基于这种聚焦原理, 研制了可调焦高分辨超声显微成像系统, 并对已知样品的小孔缺陷进行了内部的检测和成像实验.     

超声相控阵探头声场优化设计仿真

超声相控阵技术是近年来无损检测领域的研究热点.通过对超声阵列换能器中各个阵元施加独立的相位控制,可实现声束的偏转和聚焦.它可以灵活地采用多种扫描方式进行检测,检测速度快,灵敏度、分辨力与信噪比高,能检测形状复杂的物体.在相控阵超声成像检测中,要获得分辨率高的声聚焦和清晰的图像,声场的好坏是关键,而声场主要取决于阵列换能器的设计,因此阵列换能器在相控阵超声成像检测中是至关重要的.文中以线性阵列探头为研究对象,通过改变探头的参数进行仿真分析,提出优化阵列的设计方法.     

20MHz超声聚焦换能器的设计及其应用

为提高工业超声显微镜的成像分辨率,需要用高灵敏度的超声聚焦换能器.本文对研制的聚焦换能器的等效电路进行了理论分析,利用Matlab软件,数值模拟了聚焦换能器沿轴线方向辐射的脉冲聚焦声场,讨论了聚焦换能器的脉冲声场特性.采用特殊工艺研制压电晶片,用环氧树脂和钨粉的混合物作背衬,由此研制的主频为20 MHz宽带窄脉冲有源自聚焦换能器,在实际检测中回波仅有一个波形,缺陷的成像分辨率达0.4 mm.     

基于开孔球面高强度聚焦超声阵列的相控精度设计

研究了超声换能器阵列驱动信号的相位调控精度对阵列聚焦声场的影响.基于开孔球面高强度聚焦超声(HIFU)阵列,提出了一种阵列驱动信号的5位量化精度相控方案,解决了相控HIFU治疗系统中驱动信号相位的非连续性调控问题.仿真结果表明,此种相控方案既使阵列声场保持了高声强的聚焦点,又维持了原有的栅瓣抑制能力,从而为相控HIFU阵列驱动系统的设计提供了可靠依据.     

利用角谱方法分析超声换换能器声场

叙述了角谱的基概念和利用角谱方法分析超声换能器声场的基本原理和具体实现，对平面活塞换能器和聚焦换能器在均匀媒体中的声场应用ＡＳＭ进行了计算。利用一磁精密三维扫描系统和针状水听器对 换能器的声场进行了实验测量，实验值与ＡＳＭ计算的结果吻合得较好。     

二维超声阵列换能器声束控制技术的仿真研究

超声波束特性直接影响超声图像的清晰度和对比度。二维超声换能器阵列结构岛数字声束控制技术相结合,是现代超声成像系统发展的重要方向。以二维平面矩形超声换能器阵列和二维圆环超声换能器阵列为对象,利甩仿真实验分别测试幕声束聚焦、声束激励、幅度变迹等技术对声束的控制性能。结果表明,灵活的声束控制技术组合可似有效提高二维超声换能器阵列的声束性能,突出声束主瓣,降低旁瓣与栅瓣的影响。     

吸收媒质中非线性Gauss聚焦超声场的仿真研究

通过频域有限差分法求解KZK方程,对吸收媒质中Gauss聚焦超声换能器的基波和高次谐波声场进行计算和仿真,研究了各次谐波沿传播方向的分布规律,发现高次谐波声场同样具有Gauss聚焦特性,并且谐波阶次越高,聚焦特性越好.此后讨论了不同的吸收系数对Gauss声场聚焦特性的影响,结果显示吸收系数的改变不会影响Gauss声场的径向分布形状,但吸收系数的增加导致聚焦区域声场强度的减弱,甚至聚焦无法实现.     

复频聚焦超声换能器及其辐射声场的研究

研究了一种新型复频聚焦超声换能器。从理论上计算了辐射声压在轴向上的分布曲线,进而确定了焦区位置,理论分析与实验结果符合较好。对换能器的焦区声场作了定标。     

二维宽带超声换能器相控阵列的脉冲场计算

讨论了单阵元声场脉冲响应函数的快速近似算法,通过对不同延时量的矩形单阵元声场脉冲响应函数进行叠加,得到了二维换能器阵列的发射和接收脉冲响应函数,再施加以宽带脉冲激励函数,从而得出二维换能器阵列的声场分布。     

利用角谱方法分析超声换能器声场

叙述了角谱 (angularspectrum)的基本概念和利用角谱方法 (angularspectrummethod ,下称ASM)分析超声换能器声场的基本原理和具体实现 ,对平面活塞换能器和聚焦换能器在均匀媒质中的声场应用ASM进行了计算 利用一套精密三维扫描系统和针状水听器对上述换能器的声场进行了实验测量 ,实验值与ASM计算的结果吻合得较好     

基于弧形阵列的板中超声导波成像检测

弧形阵列对其所在圆弧中心的重点区域进行超声导波成像检测,具有比直线阵列成像更高的横向分辨率。该文介绍了板中超声导波弧形阵列成像检测实验系统构成,详细分析了弧形阵列聚焦图像的椭圆簇轨迹特征,结合合成孔径聚焦讨论了其成像原理。该椭圆簇轨迹特征可用以分析、解释、改进图像的横向分辨率。成像实验表明:基于椭圆簇轨迹特征的合成孔径聚焦原理可用于弧形阵列成像检测,适当减小成像采样步距可使图像灰度更加平滑,成像采样距离为导波波长的1/3时成像效果最好;在圆心角小于散射点的声波散射开角时,增大阵元间距和弧形阵列圆心角可显著提高图像横向分辨率。该研究有助于将弧形阵列超声导波成像技术应用于大尺度板结构无损检测。     

基于TFM的奥氏体不锈钢成像算法检测

以奥氏体不锈钢为研究对象,针对现有超声相控阵技术,用仿真软件建立了大小为50 mm×50 mm的声源平面.在声源平面上建立了超声相控阵声场的可视化仿真模型,仿真了中心频率为5 MHz,阵元数为16的线性阵列换能器,按照TFM算法要求的规则采集回波信号并成像,并与现有超声相控阵成像结果进行系统地比较,发现TFM可以更准确地获得缺陷的位置信息,将TFM应用于超声相控阵检测,可以获得较好的缺陷检测效果.     

复频聚焦超声换能器及其辐射声场的研究

研制了一种新型复频聚焦超声换能器 .从理论上计算了辐射声压在轴向上的分布曲线 ,进而确定了焦区位置 ,理论分析与实验结果符合较好 .对换能器的焦区声场作了定标     

焦距可调的超声聚焦换能器研究

动态聚集超声换能器，由６个不同面积、等间距、等宽度的同心圆环和中心圆片组成的平面换能吕作为声发射基阵，通过改变辐射孔径和每个辐射圆环的电激励信号延迟时间、实现动态聚焦，同时，保证各聚焦处声强一致，作者利用声辐射原理和傅里叶光学变换，推导出聚焦声场声压分布表达式，设计出换能器的结构参数，结果表明，该系统聚焦范围大，在７７－１５７ｍｍ之间分６档可调，聚焦换能器近场声束较宽，不同聚集处波束宽度在４．９－     

基于合成孔径聚焦的超声SH导波成像检测

超声水平剪切(shear horizontal,SH)导波成像检测旨在解决平板检测中检测距离增加时分辨力降低的问题。该文运用合成孔径聚焦原理,构建了16通道超声SH导波成像检测实验系统,通过分析阵列信号时频域特征揭示了声波与缺陷间相互作用的规律,对SH导波合成孔径聚焦成像算法进行了讨论,阐明了导波阵列信号时空域信息合成在聚焦成像中的应用。研究结果表明:合成孔径聚焦可用于超声SH导波成像检测,所成图像能够表征钢板中检测距离2 m以上、尺寸当量大于5 mm的缺陷信息,为深入开展工业在役大尺度结构板材的缺陷成像检测和结构健康监测提供了基础。     

卷积-脉冲响应法在线性相控阵中的应用

运用卷积-脉冲响应法来模拟线性相控阵换能器的近场声场,并分别计算了阵的声束纯聚焦和偏转聚焦时的脉冲响应,以及峰值声压的轴向包络线.分析结果表明,该方法可以作为对近场声场进行分析的有效工具.     

锯齿形超声相控阵声场特性

针对空心轴类零件的外表面纵向裂纹,该文提出采用锯齿形超声相控阵换能器进行电子旋转扫查检测的方法。为研究锯齿形超声相控阵探头的聚焦声场特性,首先根据射线声学原理,研究该换能器在圆弧形分界面条件下的延迟法则计算方法;其次采用有限元仿真方法分析该换能器超声声场的聚焦声场特性,结合动态光弹实验方法,对聚焦声场进行观测实验;最后在含有人工缺陷试块中进行检测实验。实验结果表明:通过设计相应的聚焦法则,可以实现电子控制声场周向扫查,在聚焦点附近声场能量增大,在远离聚焦点处声场能量减弱,瞬态观测实验声场聚焦效果与仿真结果相符,检测实验缺陷信号明显,无底波干扰。     

扭转换能器的性能测试

提出一种通过对称式扭转换能器结构获得了理想声场及测量扭转换能器电声效率的新方法，用该方法和导纳圆法对扭转振子的电声效率进行了测量。实验表明，两种测试方法所得结果吻合较好。     

平面环状阵列换能器声场的分析

采用声波辐射原理和傅立叶光学推导出在菲涅耳衍射区平面圆环阵列换能器的聚焦声场公式，经计算机模拟仿真，当改变延迟时间和辐射孔径，就可取得与理论相一致的结果，证明了该公式的正确性。