基于能量最低原理的超声波束合成研究

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超声相控阵技术的研究是超声无损检测领域的一个热点研究方向。相控阵是由一系列的压电阵元晶片组成的阵列换能器,实现超声波束的发射和接收。通过精确控制相位的电激励电路驱动各个阵元分别产生超声波,各阵元产生超声波在空间干涉形成相控超声波束。合成的波束在空间传播,当遇到具有声阻抗差异的界面后会产生反射波,通过阵元接收电路接收反射波,然后合成为波束,形成完整的波形图,并以此判断物质中是否存在缺陷。该测量技术简单易控、测量精度高,在医学和工业领域得到了使用和推广论文首先介绍了相控阵测量的理论知识和测量原理,对测量过程有了一定了解。在此基础上,重点研究相控阵各阵元之间的聚焦延迟时间。聚焦延迟时间的研究直接关系着阵元发出声波在空间实现聚焦、偏转等效果,因此研究相控阵聚焦技术具有重要意义。根据声波在介质中传播的特性,对聚焦延迟时间的研究分为两部分分别进行研究。先研究声波在单层介质中传播,此时声波的传播路径相对简单,通过简单的几何声程法即可算出各阵元的聚焦延迟时间。第二部分重点研究声波在两层介质中传播的情况,及聚焦延迟时间的计算。由于此时声波将由一种介质进入另一种介质中,传播的路径将发生改变,所以它的计算将相对复杂。本文中提出了两种有关阵元聚焦时间的算法,它们是基于斯奈尔定理的算法和基于费马原理的算法。由两种方法算出聚焦时间的具体求解式,由于该计算公式非常复杂,很难用手工完成计算。故本论文中,采用了计算机软件编程的方式完成运算过程。通过计算机软件编程写出了一套简洁快速操作的界面,只需输入测量的参数,就可得出聚焦时间,这大大提高了计算的效率和准确度。
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