Page 81 - 无损检测2021年第二期

杨理践, 等:

管道内检测的环形相控阵超声聚焦方法

加到 32 , 应用奇数阵列和偶数阵列延时法则, 奇数
和偶数阵列阵元数量与归一化一次回波幅值的关系
曲线如图 9 所示。

图 10 焦距与归一化一次回波幅值的关系曲线
阵元数量由 1 逐渐增加到 32 , 接收阵元保持为 0 号

阵元, 对 ϕ 168mm 的管道进行聚焦检测。由图 10
可见, 焦点在管壁以外时, 焦距的变化对环形相控阵

超声奇数阵列与偶数阵列聚焦检测的影响较小。
4 结语

研究了管道中环形相控阵辐射超声波的特性,
图 9 阵元数量与归一化一次回波幅值关系曲线
分析了奇、 偶阵元数量的聚焦数学模型, 推导了延时
由图 9 ( a ) 可见, 工作阵元数量为 1 时, 为无聚
法则计算公式, 结果表明, 在奇数阵列工作模式与偶
焦检测方式, 回波幅值为 17.6% ; 工作阵元 数量大
数阵列工作模式中, 工作阵元数量与一次回波信号
于 1 时, 为聚焦检测方式, 回波幅值明显增高。由图
幅值变化趋势近似, 信号幅值先增大后减小; 一定数
9 ( b ) 可见, 最小回波幅值对应的工作阵元数量为 4 ,
量阵元组合可获得良好的聚焦效果; 焦点在管壁外
幅值为最大值的 33.2% , 各回波幅值均明显高于无
侧时, 焦距逐渐增大, 对一次回波信号影响较小, 具
聚焦检测方式的回波幅值。试验中, A 扫描结果的
有较好的稳定性。

最大壁厚为9.7mm , 最小壁厚为8.3mm , 检测误差
为 -7.78%~7.78% 。一次回波幅值与回波能量存 参考文献:
在正相关关系, 回波能量强, 即聚焦效果较好, 说明
[ 1 ] 陈虎, 黄辉, 陈定岳, 等 . 超声相控阵探头的形式以及专
奇数与偶数阵列的延时法则实现了环形相控阵超声
用相控阵探 头 的 开 发 应 用 案 例[ J ] .无 损 检 测, 2018 ,
的聚焦。
40 ( 3 ): 66-72.
工作阵元数量增加至一定值后, 回波幅值呈现 [ 2 ] 原可义, 吴开磊, 杨齐, 等 . 相控阵超声检测中的近场和
不规则减弱的趋势, 回波幅值高度在最大值 50% 以 远场选择[ J ] . 无损检测, 2019 , 41 ( 3 ): 1-5.

上的工作阵元数量为 9~28 或 30 ; 工作阵元数量为 [ 3 ] 郭忠存, 阎守国, 张碧星 . 圆台形超声相控阵列在管材
30 时, 回波幅值为 50.8% , 幅值有下降趋势, 且工作 检测中的 聚 焦 声 场 [ J ] . 声 学 学 报, 2018 , 43 ( 5 ): 793-
阵元数量增多, 检测速度降低, 所以选择工作阵元数 802.

[ 4 ] CHOEJ W.Volumetricreal-timeima g in g usin g a
量为 9~28 较好。

由此可见, 并非工作阵元数量越多聚焦效果越 CMUT rin g arra y [ J ] .IEEE Transactions on

Ultrasonics , Ferroelectrics , and Fre q uenc y Control ,
好, 只有选取适当的工作阵元数量, 才可得到较好的
2012 , 59 ( 6 ): 1201-1211.
聚焦效果。
[ 5 ] CHOEJW , NIKOOZADEH A , ÖMERORALKAN , et
3.2.2 聚焦焦距
al.GPU-basedreal-timevolumetricultrasoundima g e
焦距与归一化一次回波幅值的关系曲线 如图
reconstructionforarin garra y [ J ] .IEEETransactions

10 所示。 onMedicalIma g in g , 2013 , 32 ( 7 ): 1258-1264.
在管壁上同一位置, 保持其他条件不变, 令焦距 [ 6 ] 王红亮, 何少恒, 张慧, 等 . 超声多重深度相控聚焦发射

由 34mm 逐 渐 增 加 到40mm , 步 进 为1mm , 工 作 设计与仿真[ J ] . 压电与声光, 2016 , 38 ( 2 ): 349-352.

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2021 年 第 43 卷 第 2 期

无损检测