相控阵探头的聚焦

Le diamètre du faisceau à n’importe quelle distance de la sonde peut être calculé à partir de l’angle de déflexion du faisceau. La déflexion du faisceau d’une sonde multiéléments carré ou rectangulaire est semblable à celle d’une sonde non focalisée. Dans le plan défléchi ou actif, le faisceau peut être focalisé par voie électronique de manière à faire converger l’énergie acoustique à une profondeur souhaitée. Avec une sonde focalisée, le profil du faisceau peut généralement être représenté par un cône effilé (ou un sabot dans le cas d’un seul axe de focalisation) qui converge vers un point focal, et puis qui diverge à un angle égal au-delà du point focal, comme décrit ci-dessous :

La longueur du champ proche, et donc la divergence naturelle d’un faisceau ultrasons, est déterminée par le diamètre de l’ouverture (égale au diamètre de l’élément dans le cas des sondes monolithiques classiques) et par la longueur d’onde (vitesse de propagation de l’onde divisée par la fréquence). La longueur du champ proche, l’angle de divergence et le diamètre du faisceau d’une sonde non focalisée peuvent être calculés comme suit :

La longueur du champ proche dans un matériau donné définit la profondeur maximale de focalisation du faisceau sonore. La focalisation du faisceau est impossible au-delà du champ proche.

La sensibilité réelle d’une sonde focalisée est influencée par le diamètre du faisceau au point d’intérêt. Plus le diamètre du faisceau est petit, plus la quantité d’énergie réfléchie par un petit défaut est grande. Le diamètre du faisceau de –6 dB d’une sonde focalisée au point focal peut être calculé comme suit :

Dans ces formules, on peut voir que l’angle de divergence du faisceau diminue à mesure que le diamètre des éléments ou la fréquence augmentent. Un angle de divergence du faisceau plus petit peut à son tour faire augmenter la sensibilité réelle dans la zone de champ éloigné, car l’énergie du faisceau se dissipe plus lentement. Dans le champ proche, la focalisation de la sonde peut être effectuée de manière à créer un faisceau convergent plutôt que divergent. Réduire le diamètre du faisceau ou la largeur d’un point focal augmente l’énergie sonore par unité de surface dans la zone focale, et augmente donc la sensibilité aux petits réflecteurs. Dans le cas des sondes à ultrasons conventionnels, on peut habituellement le faire avec une lentille de réfraction acoustique, alors que dans le cas des sondes multiéléments, on le fait par voie électronique à l’aide de tirs déphasés et des effets de formation du faisceau qui en résulte.

Dans la plupart des réseaux multiéléments linéaires et carrés avec éléments rectangulaires utilisés couramment, la focalisation du faisceau est effectuée dans le sens de déflexion et la non-focalisation dans le sens passif. L’augmentation de la taille de l’ouverture améliore aussi la netteté du faisceau focalisé, comme on peut le voir dans ces profils de faisceau. Les zones rouges correspondent à la pression acoustique la plus élevée et les zones bleues correspondent à la pression acoustique la plus basse.

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