相控阵脉冲及其效果
Всякий раз, когда волны от двух или более источников взаимодействуют друг с другом, возникают фазовые эффекты, которые приводят к усилению или ослаблению энергии волн в точке их схождения. Если при схождении акустических волн с одинаковой частотой их колебания точно синхронизированы (в фазе или под углом сдвига фазы 0 градусов), энергии волн усиливают друг друга и создают волну большей амплитуды. Если же при схождении волн их колебания не в фазе (на 180 градусов), то энергии волн нейтрализуют друг друга. Если угол фазы составляет более 0 градусов, но менее 180 градусов, при схождении волн их колебания проходят через серию промежуточных стадий, прежде чем усилить или полностью погасить друг друга. Управляя временем запуска генераторов возбуждения, эти эффекты можно использовать для управления лучом и для фокусировки фронта суммарной волны. Это один из основных принципов контроля фазированными решетками.
В традиционных преобразователях усиливающие и гасящие эффекты интерференции создают ближнюю и дальнюю зоны с различными градиентами давления. К тому же, традиционный наклонный преобразователь использует всего один элемент для генерации волны. Фронт этой волны в некоторых точках перемещается с различными интервалами задержки из-за формы призмы. Эта задержка — механическая, в отличие от электронной задержки, используемой при контроле фазированными решетками. Когда фронт волны достигает противоположной поверхности, каждая его точка становится источником новых волн, согласно принципу Гюйгенса. Эти волны в теории имеют сферическую форму. Они взаимодействуют друг с другом и формируют единую волну, преломляющуюся под определённым углом согласно закону Снеллиуса.
В технологии фазированных решеток известные эффекты усиления и гашения, вызываемые фазированием, используются для формирования и направления ультразвукового луча. При испускании импульсов отдельными элементами или группами элементов множество отдельных волн объединяются в единый фронт волны, которая распространяется под заданным углом. Этот электронный эффект задержки подобен механической задержке в традиционной призме, но в данной ситуации можно изменять значения и порядок задержки для отдельных элементов. При усиливающей интерференции амплитуда суммированной волны может быть значительно больше, чем амплитуда любой составляющей ее индивидуальной волны. Аналогичным образом, у эхо-сигналов, полученных каждым элементом решетки, изменяется задержка. Затем они суммируются для представления единого углового и/или фокального компонента суммарного луча. Таким образом, индивидуальные компоненты луча в комплексе позволяют не только влиять на направление первичного фронта волны, но и фокусировать луч в любой точке ближнего поля.
Обычно, генерация волны производится группами от 4 до 32 элементов для повышения эффективной чувствительности за счет увеличения апертуры, что также уменьшает нежелательное распространение луча и обеспечивает лучшую фокусировку.
Эхо-сигналы принимаются элементами или группами элементов, сдвигаются по времени в зависимости от их задержки в призме и суммируются. Традиционный одноэлементный преобразователь фактически поглощает эффекты всех компонентов принимаемого луча. В отличие от него, ФР-преобразователь может сортировать в пространстве возвращающийся фронт волны в соответствии с временем прихода и амплитудой сигнала для каждого элемента. При обработке программным обеспечением прибора каждый возвращающийся закон фокусировки представляет отражение от отдельного углового компонента луча, определенной точки на прямолинейной траектории и/или отражение от определенной глубины фокусировки. Эхо-сигнал затем может быть представлен в различных стандартных форматах.
