Page 44 - 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

图9 半径为30mm 时声轴线上的声场分布仿真结果
3.1.3 介质对声场分布的影响
超声波在不同介质中波速不同, 会造成声压分
布不同。为了进一步验证仿真软件对不同介质中超
声波声场的变化情况, 分别在固定频率和半径情况

下( 半径为20mm , 频率为1MHz ) 对空气、 水、 铝和
钢中声场进行仿真试验。在仿真软件的介质选择栏
中点击界面的不同介质选择按钮, 即可得到不同材料
中声压随距离变化曲线。不同介质中声轴线上的声
图11 声轴横截面声场的声压分布仿真结果
压分布仿真结果如图10所示。
横截 面 声 压 按 钮 时 可 以 观 察 到 换 能 器 半 径 为

20mm , 截面距换能器中心的距离为1mm , 发射频

率为1MHz时的声场三维分布情况如图11所示,
可以看出三维声场可视化结果呈轴对称分布, 声压
沿声场的中心轴线向四周逐步降低, 能量在中心轴

线处最高且集中, 与实际情况一致。
4 结语

在 MATLAB 软 件 的 基 础 上 通 过 APP
Desi g ner开发出新的超声声场可视化软件, 设计人
机交互界面将最终的结果呈现出来。软件中介质、
超声换能器频率和半径等参数可更改, 解决了现有
产品参数固定不变的情况。
采用控制变量法, 设计相关试验, 探究了圆形活
塞换能器的半径、 发射的声波频率以及声波传播的
图10 不同介质中声轴线上的声压分布仿真结果 介质对声场分布的影响, 得到的结果与实际相符, 验

根据上述试验得到: ① 介质为空气时, 超声波 证了软件的可靠性。

声场一倍近场长度为0.2944m ; ② 介质为水时, 超 参考文献:

声波声场一倍近场长度为0.0663m ; ③ 介质为铝

[ 1 ] 赵秀粉, 殷国富, 苏真伟, 等. 基于大型回转工件的超
时, 超声波声场一倍近场长度为0.0183m ; ④ 介质

声波在线自动检测系统[ J ] . 四川大学学报( 工程科
为钢时, 超声波声场一倍近场长度为0.0179m 。综

学版), 2008 ( 3 ): 173-177.
上可知, 超声在空气中的穿透性最强, 在水中次之,
[ 2 ] 钱盛杰, 强天鹏, 杨贵德,等. 基于 CIVA 软件的全
在钢和铝等金属中相差不大, 相对较弱, 试验结果与
聚焦相控阵声场特性仿真[ J ] . 无损检测, 2022 , 44
实际情况完全相符。
( 6 ): 15-20.
3.2 声轴横截面的声压仿真结果 [ 3 ] 吕天明, 李明, 陈怀东, 等. 超声仿真技术在反应堆

为了进一步验证仿真软件的可靠性, 笔者进行 压力容器超声检查中的应用[ J ] . 无损检测, 2009 ,

三维情况下声场的仿真试验。点击仿真软件中轴线 31 ( 11 ): 855-858.

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2023年 第45卷 第2期
无损检测