基于能量最低原理的超聲波束合成研究.pdf

1、超聲相控陣技術(shù)的研究是超聲無損檢測(cè)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)研究方向。相控陣是由一系列的壓電陣元晶片組成的陣列換能器，實(shí)現(xiàn)超聲波束的發(fā)射和接收。通過精確控制相位的電激勵(lì)電路驅(qū)動(dòng)各個(gè)陣元分別產(chǎn)生超聲波，各陣元產(chǎn)生超聲波在空間干涉形成相控超聲波束。合成的波束在空間傳播，當(dāng)遇到具有聲阻抗差異的界面后會(huì)產(chǎn)生反射波，通過陣元接收電路接收反射波，然后合成為波束，形成完整的波形圖，并以此判斷物質(zhì)中是否存在缺陷。該測(cè)量技術(shù)簡(jiǎn)單易控、測(cè)量精度高，在醫(yī)學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域得到

2、了使用和推廣。
　　 論文首先介紹了相控陣測(cè)量的理論知識(shí)和測(cè)量原理，對(duì)測(cè)量過程有了一定了解。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究相控陣各陣元之間的聚焦延遲時(shí)間。聚焦延遲時(shí)間的研究直接關(guān)系著陣元發(fā)出聲波在空間實(shí)現(xiàn)聚焦、偏轉(zhuǎn)等效果，因此研究相控陣聚焦技術(shù)具有重要意義。
　　 根據(jù)聲波在介質(zhì)中傳播的特性，對(duì)聚焦延遲時(shí)間的研究分為兩部分分別進(jìn)行研究。先研究聲波在單層介質(zhì)中傳播，此時(shí)聲波的傳播路徑相對(duì)簡(jiǎn)單，通過簡(jiǎn)單的幾何聲程法即可算出各陣元的聚焦

3、延遲時(shí)間。第二部分重點(diǎn)研究聲波在兩層介質(zhì)中傳播的情況，及聚焦延遲時(shí)間的計(jì)算。由于此時(shí)聲波將由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)中，傳播的路徑將發(fā)生改變，所以它的計(jì)算將相對(duì)復(fù)雜。本文中提出了兩種有關(guān)陣元聚焦時(shí)間的算法，它們是基于斯奈爾定理的算法和基于費(fèi)馬原理的算法。由兩種方法算出聚焦時(shí)間的具體求解式，由于該計(jì)算公式非常復(fù)雜，很難用手工完成計(jì)算。故本論文中，采用了計(jì)算機(jī)軟件編程的方式完成運(yùn)算過程。通過計(jì)算機(jī)軟件編程寫出了一套簡(jiǎn)潔快速操作的界面，只需輸入