Page 63 - 无损检测2023年第十二期

蔡彦强, 等:

相控阵超声虚拟探头的声压均匀性分析

表2 相控阵超声检测试验数据
阵元 单阵元 阵元数 多阵元
顺序 增益值 / dB 增益值方差 增益值均值 / dB 方差均值
1 31.5 1.43 1 30.06 0.66
2 29.8 0.27 2 19.99 0.20
3 28.3 1.77 3 16.65 0.15
4 27.8 2.27 4 14.15 0.15
5 30.7 0.63 5 12.15 0.12
6 31.3 1.23 6 10.83 0.11
7 29.2 0.87 7 9.55 0.10
8 30.2 0.13 8 8.54 0.09
9 30.4 0.33 9 7.60 0.07
10 30.5 0.43 10 6.59 0.08
图3 单阵元的增益值方差分布曲线
11 30.2 0.13 11 5.87 0.07
线的声压加以补偿修正, 以使各声轴线的声压对同
12 30.0 0.07 12 5.2 0.09
13 30.3 0.23 13 4.65 0.07
一缺陷具有相同的灵敏度, 但当组成虚拟探头的各
14 30.0 0.07 14 4.00 0.05
15 30.1 0.03 15 3.47 0.05 阵元声压波动较大时, 则会引起软件的过度增益补
16 30.4 0.33 16 3.12 0.07
偿或修正, 这势必会影响各虚拟探头之间的协调性,
17 30.8 0.73 17 2.68 0.05
18 30.7 0.63 18 2.40 0.05 从而影响检出缺陷定位和定量的准确性。
试验数据分析表明, 相控阵探头各阵元所激发
19 30.7 0.63 19 2.11 0.07
20 30.6 0.53 20 1.82 0.04
的声压存在一定的波动性, 而直接影响到一定数量
21 30.5 0.43 21 1.70 0.03
阵元组成的虚拟探头的声压稳定性, 故, 对于实际检
22 31.3 1.23 22 1.59 0.02
23 30.5 0.43 23 1.51 0.02
测应用来说, 探头阵元声压波动性应越小越好。
24 30.5 0.43 24 1.47 0.04
2.2 虚拟探头增益值的数据分析
25 30.3 0.23 25 1.50 0.00
26 29.5 0.57 26 1.58 0.24 根据表2所记录的试验数据, 笔者对不同阵元
27 30.3 0.23 27 1.60 0.00
数所能组合的所有虚拟探头的增益值进行方差均值
28 29.5 0.57 28 1.80 0.00
29 28.1 1.97 29 1.95 0.03 计算, 当虚拟探头阵元数为1时, 可以组合出32个
30 28.5 1.57 30 2.20 0.00
虚拟探头, 则对32组虚拟探头的增益值数据进行方
31 29.8 0.27 31 3.10 0.00
32 29.8 0.27 32 3.30 0.00 差计算, 并计算32组方差的平均值; 当虚拟探头阵
阵元按照一定规则组合而成的, 其检测灵敏度是依 元数为2时, 可以组合出31个虚拟探头, 则对31组
靠各个单阵元激发的声场来决定, 所以相控阵探头 虚拟探头的增益值进行方差计算, 并计算这31组方
各阵元所激发声场的均匀性对虚拟探头的检测灵敏 差的平均值, 依次类推得到不同阵元数虚拟探头的
度具有主要作用, 从2.1节中所得到各阵元单独激 增益值方差均值, 然后分析虚拟探头阵元数量与其
发下增益值可以表征其均匀性, 为了更能体现各阵 方差均值之间的关系, 得到的关系曲线如图4所示。
元激发声压的离散性, 笔者建立单阵元顺序号与其
增益值方差的坐标系, 分析各阵元单独激发下的增
益值离散性, 单阵元的增益值方差分布曲线如图 3
所示。
从图3中可以观察到, 探头各阵元激发声场的
声压相较于均值具有离散性, 在一定试验条件下, 各
阵元激发的声场能量并不相同, 而是存在一定的波
动性。相同的底面回波条件下, 第3 、 4 、 29和30号

阵元的离散性较其他阵元的大。
可以推测, 组成虚拟探头的各阵元中若存在声 图4 虚拟探头阵元数与其增益值方差均值的关系曲线
场离散性较大的阵元, 势必影响该虚拟探头的声场 从图4可以看出, 虚拟探头的阵元数由1变为
分布, 进而影响其声轴线的位置和灵敏度, 实际检测 2时, 虚拟探头的方差均值陡然下降, 然后随着虚拟
应用中, 就需要利用软件的方式对各虚拟探头声轴 探头阵元数的增加, 其整体呈现缓慢下降趋势, 且呈

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2023年 第45卷 第12期
无损检测