Page 42 - 无损检测2023年第二期

王九鑫, 等:

基于 MATLAB的超声换能器声场特性仿真及可视化研究

2.1.2 APPDesi g ner页面设计原理 实现人机交互, 出现过参数无法传输的问题, 故采用

[ 16 ]
使用的开发工具是 MATLAB A ppDesi g ner 。 APPDesi g ner开发新的人机交互界面, 并更新页面
使用该工具可以方便地观察改变页面布局后的代码 信息。为了把仿真的结果输出并呈现在界面上, 需
视图, 以及改变超声换能器各参数后超声声场分布 要在界面上输入频率、 半径等参数, 再通过给计算机

的声压响应。 A ppDesi g ner工具具有专业性和先 下达命令便可以实现。
进性两大特点, 目前高校的大学物理实验教学较多 2.2.3 软件实现
使用 GUIDE 进行界面开发 [ 17 ] 。 GUIDE 长久来看 根据上述流程开发出仿真软件, 打开软件后界
面上会给出默认参数。超声检测过程中, 对于钢等
不会有新的发展, 并且不允许用户为用户提供 Web

服务 [ 18 ] 。在此方面 APPDesi g ner工具较为优越, 金属材料, 常用的检测频率为1~5MHz 。因此, 仿

文章使用 APPDesi g ner将 A pp 打包为交互式 Web 真软件中参数的范围参照目前市面上设备的参数,

A pp 并使用 MATLAB WebA ppServer 进行共 即: 频率为 1~10 MHz ; 探头半径为 10~30mm 。

,

享。最终在不需要安装其他软件的情况下, 可以基 设置的默认参数为: 静态压强为 101.325×10 Pa ;
3

于浏览器直接运行 WebA pp 。 频率为1MHz ; 圆形活塞半径为20mm 。声场仿真
2.2 软件设计流程与实现 软件运行界面如图2所示。
2.2.1 资源配置
开发软件项目运行所需要的资源配置如表1所示。
表1 资源配置
参数 配置
操作系统 Windows10
CPU ( 中央处理器) Intel ( R ) i5-10400F

GPU ( 图形处理器) NVIDIAGeForceRTX3060
编程语言 MATLAB

人机交互界面编程 APPDesi g ner
2.2.2 软件开发流程
该项目中开发仿真软件的流程图如图1所示,
具体流程可分为以下两个阶段。 图2 声场仿真软件运行界面
( 1 )阶段一

点击“ 中心轴线声压” 按钮即可得到默认参数下
实现二维声场分布模拟, 即处于标准大气压强
二维声场模拟的结果。首先通过改变参数可以得到
中圆形活塞换能器的中心轴线上声压, 与距离 r 不同超声波频率下的仿真结果、 不同探头半径下的仿
p
大体上符合正弦关系。使用 MATLAB软件根据上
真结果以及不同介质的仿真结果。二维声场仿真结
述物理模型中各物理量的关系构建数学计算模型进
果示例如图3所示。其次, 实现三维声场分布模拟。
行仿真, 并利用声轴线上的声场分布函数以及声轴
一定直径的圆形超声换能器辐射的是一束圆柱形声
截面的声压分布规律, 结合所学知识, 进行自主编
场, 通过模型建立、 积分求解, 得到圆形超声换能器轴
程, 最终可实现声场的可视化。
向足够远处的声压与位置的关系。综上, 设计的仿真

( 2 )阶段二
软件能实现超声声场可视化所需数据的模拟。
考虑到设计过程中采用 GUI可视化界面开发

图1 仿真软件开发流程图 图3 二维声场分布仿真结果示例

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2023年 第45卷 第2期
无损检测