Page 87 - 无损检测2023年第十二期

曹永朋, 等:

水浸超声聚焦探头性能测试及声场可视化研究

探头声场特性测量结果如表2所示, 可以看出, 可用以下近似公式表示, 即
探头 B的4项参数均符合要求, 探头 A 只有焦点直 λF
d ≈ ( 4 )
径和不对称度符合要求, 探头 C 则主要是不对称度 2R
不符合要求。 λF 2
l≈ ( 5 )
表2 探头声场特性测量结果 R 2
l 2F
探头 焦距 / 场深 / 焦点 不对称 是否符合 = ( 6 )
编号 mm mm 直径 / mm 度 / % 要求 d R

式中: d 为焦点直径, 以焦点处最大声压降低 6dB
×焦距不符合( +6.2% )
×场深不符合( +13.9% ) 来测定; l 为场深, 以焦点处最大声压降低 6dB 来
A 86.3 75.2 1.356 2.21
√焦点直径符合
√不对称度符合 测定; R 为波源半径; λ 为波长; F 为焦距。
由于探头 A 的中心频率偏小, 波长异常, 这将
√焦距符合
√场深符合 会导致焦距和场深异常增大, 亦会使回路增益灵敏
B 81.35 59.7 1.310 1.53
√焦点直径符合 度下降。影响探头性能的各因素相关性分析结果如
√不对称度符合
图7所示, 可以看出, 探头焦距变大后场深随之变
√焦距符合
√场深符合 大, 聚焦能力变差会导致回路增益灵敏度的下降。
C 81.4 64.17 1.415 16.25
√焦点直径符合 探头性能变差必然引起其声场分布特性的恶化, 即
×不对称度不符合
探头 A 的中心频率与标称频率的偏差最大, 回路增
2.3 探头特性与声场特性相关性分析 益灵敏度也比探头 B , C小得多, 造成探头 A 的声场
聚焦探头的聚焦区呈柱状, 其焦点直径与场深 性能如场深、 焦距均在要求之外。

图7 影响探头性能的各因素相关性分析结果
将各探头提取的平底孔最大反射波幅度调整
3 检测试验
至满屏 的 80% , 系 统 增 益 需 调 整 至 +31 , +28 ,
检测试块直径为51mm , 高度为19.1mm , 垂 +27dB 。在该增益下, 探头声束覆盖 1~5 位置

直于底面的轴心位置上有一直径为0.4mm , 埋深 时的平底孔 C扫描图像如图 9 所示。由于探头 A
为12.7mm 的平底孔。通过改变水距调整焦区覆 的发射声场具有最大场深, 在各位置时均可显示

盖平底孔的位置, 分析的场深范围均为 59.7mm 清晰的平底孔图像, 但其所需系统增益最大、 检测
( 与要求一致)。以获得最大平底孔反射回波的焦 灵敏度最低, 可能导致小缺陷漏检; 探头 B 在焦区
区覆盖位置作为基准位置, 各焦区覆盖位置设定 覆盖位置1~4时均能显示较清晰的平底孔图像,

为: ① 焦区上边缘覆盖平底孔表示为位置1 ; ② 上 但是在位置 5 时得到的图像很模糊; 探头 C 仅能

半焦 区 的 1 / 2 位 置 覆 盖 平 底 孔 表 示 为 位 置 2 ; 在位置2~4时获得较清晰的检测图像, 位置 1 和

③ 焦区的焦点覆盖平底孔表示为位置 3 ; ④ 下半 位置5的图像虽然较为模糊, 但均比探头 B位置5
焦区的1 / 2 位置覆盖平底孔表示为位置 4 ; ⑤ 焦 的图像清晰; 同时, 注意到探头 C 所需系统增益最

区下边缘覆盖平底孔表示为位置5 , 焦区覆盖情况 小且场深较大, 说明其具有较高的检测灵敏度和
如图8所示。 较大的单次检测范围。
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2023年 第45卷 第12期
无损检测