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胡权耀, 等:

多阵列超声导波频相联控激励下复合材料损伤聚焦成像方法

根据相位 φ n 和各阵元频率 f n 的关系, 可以联
F
合控阵列信号在任意点上聚焦, 文章将此种聚焦方
式称为频相联控激励聚焦, 阵列对点 F r 0 θ 0 的
,

聚焦信号总和为
(, , )
B FDA tr 0 θ 0
N F
r n r n

= ∑ ex pj 2π f n t+ -
P

n= - N c n c n
N
1
ex pj 2π f n t+
= ∑ ·
图2 频控阵与相控阵聚焦方式对比 n= - N c n
2 2
(
频控阵各阵元传播至任意点 P ( r , θ ) 的信号总 ( r 0 sinθ 0 ) + r 0 cosθ 0- n· d T ) -
和为
2
2
(
( rsinθ ) + rcosθ- n· d T ) ( 7 )
N
r n

A FDA t , r , θ = ∑ ex pj 2π f n t- ( 5 ) 当聚焦点位于远场时, 信号总和为

P

n= - N c n
N
为第 n 个压电阵元激励信号 对应的传 1
ex pj 2π f n t+
(, , )
式中: c n f n B FDA tr 0 θ 0 = ∑ ·
播速度。 n= - N c n

第n 个阵元激励信号到聚焦点F r 0 θ 0 的相 [( r 0- r ) nd T cosθ 0-cosθ )] ( 8 )

-
(
,

位为 通过方向图比较单相位控制聚焦和频相联控聚
F 2π F 2 π f n F 焦性能, 两者方向图对比如图3所示。
φ n = r n = r n ( 6 )
λ n c n
图3 单相位控制与频相联控聚焦方向图对比
在方向图中, 对点( 500mm , 0° ) 进行聚焦, 单相

位控制只能在角度上进行线聚焦, 相比之下, 施加频
率偏移后, 频相联控波束产生角度 - 距离依赖特性,
能够实现对点的聚焦。

2 损伤定位成像方法

设计了一种分布式多输入多输出( MIMO ) 线性
阵列( 见图4 ), 其由两个子阵列组成, 发射端子阵列 图4 MIMO 阵列示意
通过频相联合控制激励聚焦将激励信号汇聚于目标
激励信号为
点处, 接收端子阵列负责获取响应信号, 两阵列均为
1 2 π f n t+ φ n
Lamb
t

F ·
线性等间距阵列, 且传感器数量、 阵元间距均一致。 S n = · 1-cos

2 5

激励端选用单位幅值的汉宁窗调制五波峰窄带 F
sin ( 2 π f n t+ φ n 0≤t≤T ( 9 )
),
, ) 聚焦时, 各阵元
通过相位 φ n 、 频率 f n 以及 ( r 0 θ 0
, ) 的关系, 可
信号作为激发信号, 对点 F ( r 0 θ 0 F
2
6
2023年 第45卷 第11期
无损检测