相控阵探头的聚焦

Průměr svazku v libovolné vzdálenosti od snímače lze vypočítat z úhlu rozptylu svazku. V případě čtvercového nebo pravoúhlého snímače phased array bude rozptyl svazku v pasivní rovině podobný šíření svazku nezaostřeného snímače. V rovině, ve které je natáčen neboli v aktivní rovině, lze svazek elektronicky zaostřit za účelem konvergence akustické energie v požadované hloubce. U zaostřeného snímače si lze profil svazku představit typicky ve tvaru komolého kužele (nebo klínu v případě zaostření v jedné ose), který se sbíhá v ohnisku a poté se za ohniskem rozbíhá pod stejným úhlem, jako například takto:

Délka blízkého pole, a tedy i přirozená rozbíhavost ultrazvukového svazku, jsou dány aperturou (odpovídající průměru měniče v případě konvenčních monolitických snímačů) a vlnovou délkou (rychlost vlny dělená frekvencí). Pro nezaostřený snímač lze délku blízkého pole, úhel rozptylu svazku a průměr svazku vypočítat následovně:

Délka blízkého pole v daném materiálu také definuje maximální hloubku, v níž lze paprsek zaostřit. Svazek nelze zaostřit za koncem blízkého pole.

Účinná citlivost zaostřeného snímače je ovlivněna průměrem svazku v místě zájmu. Čím menší je průměr svazku, tím větší je množství energie, které se odrazí od malé vady. Průměr svazku −6 dB zaostřeného snímače v ohnisku lze vypočítat následovně:

Z těchto vzorců je vidět, že zvýšení průměru měniče, případně zvýšení frekvence, způsobí zmenšení úhlu rozptylu svazku. Menší úhel rozptylu svazku může mít za následek vyšší účinnou citlivost v zóně blízkého pole, protože energie svazku se rozptyluje pomaleji Uvnitř blízkého pole lze snímač zaostřit tak, aby byl vytvořen svazek sbíhavý, a nikoliv rozbíhavý. Zúžení průměru svazku do ohniska zvyšuje akustickou energii na jednotku plochy uvnitř ohniskové zóny, a tedy zvyšuje citlivost k malým reflektorům. Konvenční snímače toto obvykle provádějí pomocí refrakční akustické čočky, zatímco zařízení využívající technologii phased array provádějí tyto operace elektronicky pomocí fázování generovaných impulzů a výslednými účinky tvarování UT svazku.

V případě nejběžněji používaných lineárních a čtvercových zařízení s pravoúhlými měniči, které využívají technologii phased array, bude svazek zaostřen ve směru natáčení a nezaostřen v pasivním směru. Zvýšení velikosti apertury zvýší ostrost zaostřeného paprsku, jak lze vidět na těchto profilech paprsků. Červené oblasti odpovídají nejvyššímu akustickému tlaku a modré oblasti nejnižšímu akustickému tlaku.

Pokračování
Souhrnné informace k výběru sondy phased array >>