Page 40 - 无损检测2023年第二期
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试验研究




   DOI : 10.11973 / ws j c202302002

       基于        MATLAB                的超声换能器声场特性仿真


                                     及可视化研究




                                 王九鑫, 刘 嫚, 姚家辉, 王秋萍, 苏耀恒

                                  ( 西安工程大学 理学院, 西安 710048 )
           摘 要: 目前利用声场的虚拟扫描数据进行可视化研究以及通过可视化数据进行参数测量的


       研究较少。基于 MATLAB软件通过 APPDesi g ner开发出新的超声声场可视化软件, 设计出声轴
       线上的声场分布仿真和声轴横截面上的声压仿真两类仿真试验, 验证了所开发仿真软件在同一介
       质中换能器频率不同和半径不同情况下的声场变化, 以及不同介质中使用固定频率和半径的换能
       器时的声场变化。试验结果表明, 开发的软件在超声声场仿真模拟方面具有可靠性。

           关键词: MATLAB ; 可视化; 参数调整; 超声换能器; 声场

         中图分类号: TG115.28   文献标志码: A   文章编号: 1000-6656 ( 2023 ) 02-0006-06

               Simulationandvisualizationresearchofacousticfieldcharacteristicsof

                              ultrasonictransducerbasedonMATLAB


                         WANGJiuxin , LIUMan , YAOJiahui , WANGQ iu p in g SUYaohen g
                                                                   ,

                        ( SchoolofScience , Xi'anPol y technicUniversit y , Xi'an710048 , China )

           Abstract : At p resent , therearefewresearchesonthevisualizationusin g thevirtualscannin g dataofsoundfield

       andusin gthevisualizeddatato makethemeasurements.Avisualizationsoftwareofultrasonicfieldbasedon

       MATLABthrou g hAPPDesi g nerwasdevelo p edinthis p a p er.Twokindsofsimulationex p erimentsweredesi g ned :

       thesimulationofsoundfielddistributiononthesoundaxisandthesimulationofsound p ressureonthecrosssection

       ofthesoundaxis.Itisverifiedthatthesoundfieldchan g eswithdifferentfre q uenciesandradiusofthetransducerin

       thesamemedium , anditalsochan g esindifferentmediawhileusin gfixedfre q uenc yandradiustransducerin

       differentmedia.Theex p erimentalresultsshowthatthesoftwaredevelo p edinthisp a p erwasreliableinthe

       simulationofultrasonicfield.

           Ke ywords : MATLAB ; visualization ; p arameterad j ustment ; ultrasonictransducer ; acousticfield
     目前, 超声检测是金属类精密部件、 大型板材和                         确定产生影响, 还会对超声检测设备的反应速度和检
   容器最常用的检测手段之一。其检测时主要依靠工                            测精度产生决定性影响, 所以研究声场在待检测物体

                                                                                          [ 2 ]
   程师根据自身经验, 分析超声回波信号来评定缺陷。                          中的变化, 有助于提升超声检测整体性能 。故, 对
   这对经验不足的检测人员提出了很高的要求                     [ 1 ] 。因  超声检测仿真模拟技术的研究显得非常必要 。
                                                                                            [ 3 ]
   为超声波的声场分布既会对超声检测中缺陷位置的                                20世纪90年代, 法国开发的用于超声无损检
                                                     测的仿真软件 CIVA , 是早期最具代表性的工具。
      收稿日期: 2022-10-18                               随着计算机技术的发展和工业水平的提升, 科研人
      基金项目: 陕西省自然科学基金( 2022JM-033 ); 西安工程大学大
                                                     员在超声声场可视化领域做了很多研究工作。在医
   学生创新创业训练计划资助项目( 202210709001 )
                                                     学方面, SASAKI 等     [ 4 ] 提出了一种基于声场投影振

      作者简介: 王九鑫 ( 1994- ), 男, 硕士研究生, 主要从事机器学
                                                     幅的层析成像迭代方法, 实现了换能器的声场层析
   习、 无损检测方面的研究工作
      通信作者: 苏耀恒( 1981- ), 男, 副教授, 主要研究方向为无损检         成像可视化。 NELSON 等          [ 5 ] 总结了医学超声可视
                                                     化的不同方法, 并讨论了三维超声数据的几种可视
   测、 多体系统, su y aohen g @126.com
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          2023年 第45卷 第2期
          无损检测
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