Page 54 - 无损检测2025年第三期
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王红源，等：
基于相控阵超声衍射波成像的球罐厚壁结构内部缺陷的定量检测
其计算示意如图2所示。按照由下往上的顺序将阵
元编号为1，2，3，…，i，各阵元的位置坐标为(x ，
i
y )，则有
i
c
β
α
sin / sin = / c （3）
1 2
i
x i = + ( -1)cos γ （4）
x
d
1
i
d
y
y i = + ( -1)sin γ （5）
1
式中： α 为声波入射角；β 为声波折射角；c 和c 分别
1
2
为有机玻璃和工件中的声速；d为阵元间距； γ 为楔
块角度。
设M(x ， y )为入射点坐标，F(x ， y )为焦点坐
F
m
m
F
标，则阵元到入射点的斜率k ，入射点到聚焦点的斜
1
率k 可表示为
2
x
k =( -y )/( -x ) （6）
y
1 i m i m 图 2 延迟法则计算示意
k =(y -y )/(x -x ) （7） 该阵元发射声束的传播时间为T ，第i号阵元的延时
2 m F m F h
由几何关系可得 t 为
i
π
α = /2-tan -1 k （8） = t -T T （11）
1 i h i
β = /2-tan -1 k （9） 窄槽模型中的超声波在13，15，16 μs时的声压
π
2
将α，β 的表达式和c 和c 的值代入式（3）即可 瞬态图如图3所示。超声波穿过楔块后在窄槽中心
1 2
求得x 。 逐渐聚焦，到达窄槽后出现反射波和衍射波。其中，
m
设第i号阵元的超声波传播时间为T ，则有 反射波具有明显的方向性，而衍射波源于平面型缺
i
2
x
y
c
T i = (x m - ) 2 +(y m - ) / + 陷尖端，其波阵面接近于球面波，方向性较差。因此，
2
i
i
1
2 （10） 相控阵聚焦声场入射至平面型缺陷处后，衍射波因
(x F -x m ) +(y F -y m ) / c 2 方向性较差更易被接收，而反射波的强方向性导致
2
2
距聚焦点最远的第h号阵元的延时时间为0，且 其只能在特定方向才能被接收到。
图 3 窄槽模型中的超声波声压瞬态图
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2025 年 第 47 卷 第 3 期
无损检测
