相控阵探头的聚焦

С помощью угла рассеяния пучка можно рассчитать диаметр луча на любом расстоянии от преобразователя. Рассеяние луча в пассивной плоскости квадратного или прямоугольного ФР-преобразователя будет аналогично рассеянию луча несфокусированного преобразователя. В управляемой или активной плоскости, луч может быть сфокусирован электронным путем для сосредоточения акустической энергии на желаемой глубине. В случае сфокусированного преобразователя, профиль луча может быть представлен в виде конуса (или призмы в случае одноосной фокусировки), который сходится в фокусной точке, а затем расходится за фокусной точкой под равным углом, следующим образом:

Протяженность ближней зоны и, следовательно, расхождение ультразвукового луча определяются апертурой (равной диаметру элемента в случае использования традиционных ультразвуковых преобразователей) и длиной волны (скорость волны, деленная на частоту). В случае несфокусированного преобразователя, протяженность ближнего поля, угол рассеяния луча и диаметр луча можно рассчитать следующим образом:

Протяженность ближнего поля в данном материале также определяет максимальную глубину, на которой может быть сфокусирован луч ультразвука. Луч не может быть сфокусирован за пределами ближнего поля.

Эффективная чувствительность сфокусированного преобразователя зависит от диаметра луча в интересуемой точке. Чем меньше диаметр луча, тем больше количество энергии, отражаемой от маленького дефекта. Диаметр луча –6 дБ сфокусированного преобразователя в фокусной точке рассчитывается следующим образом:

Данные формулы показывают следующую закономерность: при увеличении диаметра элемента и/или частоты уменьшается угол рассеяния луча. Маленький угол рассеяния луча, в свою очередь, приводит к высокой эффективной чувствительности в дальней зоне поля, поскольку энергия луча рассеивается медленнее. В ближнем поле, преобразователь может быть сфокусирован с целью создания сходящегося пучка, нежели расходящегося. Уменьшение диаметра луча до фокусной точки увеличивает акустическую энергию на единицу площади в фокусной зоне и, следовательно, увеличивает чувствительность небольших отражателей. В традиционных УЗ преобразователях это осуществляется с помощью преломляющих акустических линз, а в фазированных преобразователях электронным способом за счет фазированных импульсов и формирования результирующего луча заданной формы.

В случае использования наиболее распространенных линейных и квадратных фазированных решеток с прямоугольными элементами, луч фокусируется в сторону отклонения и расфокусировыватся в пассивном направлении. Как можно заметить в представленных профилях луча, увеличение размера апертуры увеличивает точность сфокусированного луча. Красные зоны соответствуют самому высокому звуковому давлению, синие зоны означают низкое звуковое давление.

Перейти к разделу:
Выбор ФР-преобразователя >>