[發明專利]一種點聚焦式線性陣列相控陣檢測裝置

在審

• 申請號: 201710002076.1
• 申請日: 2017-01-03
• 公開（公告）號: CN106802321A
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 張國強;孫瓊閣;辛燕;王乃波;趙長興
• 申請（專利權）人: 航天科工防御技術研究試驗中心
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/24
• 代理公司: 北京風雅頌專利代理有限公司11403
• 代理人: 李陽,李浩

技術領域

本發明涉及超聲領域，特別是指一種點聚焦式線性陣列相控陣檢測裝置。

背景技術

目前，超聲波相控陣技術以其靈活的聲束偏轉角控制和聚焦位置控制能力引起了人們越來越多地關注。線性陣列相控陣探頭是一種最簡化形式的超聲相控陣形式，其制造成本相對最低，控制方式也是相對最簡化。其缺點是只能在陣元分布的一維方向實現聚焦，其聚焦區域的形狀類似于通常使用的線聚焦探頭。這樣的結果帶來了兩方面影響：一方面能量不夠集中導致信噪比較低，另一方面在C掃描結果中容易造成圖形畸變。

而在現有技術中，有研究人員通過水浸方式實現了線性陣列相控陣探頭在兩個維度上的聚焦，但在實際工程應用中，直接接觸法是相控陣探頭的主要應用形式，水浸相控陣方法很少應用且設備復雜，實用性差。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提出一種基于直接接觸法的點聚焦式線性陣列相控陣檢測裝置，能夠不用水浸耦合方式，而是通過接觸法實現線性陣列相控陣探頭在兩個維度上實現聚焦，從而解決了超聲波能量不集中、信噪比差、掃描圖像有畸變的問題。

基于上述目的，本發明提供的點聚焦式線性陣列相控陣檢測裝置，包括相控陣探頭和曲面聲楔塊；其中，所述曲面聲楔塊兩側面互為平行，且安裝有所述相控陣探頭的側面高于另一側；而且，所述曲面聲楔塊底面呈水平，且上端面呈曲面。

在本發明的一些實施例中，相控陣探頭上有螺栓，曲面聲楔塊上有螺紋孔，所述相控陣探頭與所述曲面聲楔塊兩者通過螺栓連接。

在本發明的一些實施例中，所述相控陣探頭與所述曲面聲楔塊接觸面上涂有耦合劑。

在本發明的一些實施例中，自所述相控陣探頭與所述曲面聲楔塊接觸面最下沿至所述曲面聲楔塊的該側面最下沿之間為鋸齒側面。

在本發明的一些實施例中，所述點聚焦式線性陣列相控陣檢測裝置的設計過程包括：

延長曲面聲楔塊所在的拋物線曲面，建立所述拋物線的延長線與被檢測件底面相交處為原點的直角坐標系；

計算曲面聲楔塊中的實際焦距深度；

根據所述曲面聲楔塊中的實際焦距深度，計算相控陣探頭中心延長線與曲面聲楔塊底面的距離。

在本發明的一些實施例中，所述計算曲面聲楔塊中的實際焦距深度包括：

設拋物線方程為y²＝-2px，則拋物線焦點坐標為其中p>0；

將P點橫坐標代入拋物線方程可知獲得相控陣探頭中心延長線與拋物線的交點坐標為所述曲面聲楔塊中的焦距深度F＝p；

被檢測件中超聲波實際聚焦于P'處，其實際焦距深度為F'，且其中，C₁為曲面聲楔塊中的聲波傳播速度，C₂為被檢測件中聲波傳播速度，這兩個參量均為常數；D為超聲波在被檢測件中的焦距深度。

將F＝p代入獲得實際焦距深度

在本發明的一些實施例中，計算相控陣探頭中心延長線與曲面聲楔塊底面的距離a＝F'-D。

在本發明的一些實施例中，所述曲面聲楔塊中的焦距深度F＝p。

從上面所述可以看出，本發明提供的點聚焦式線性陣列相控陣檢測裝置，通過所述曲面聲楔塊兩側面互為平行，且安裝有所述相控陣探頭的側面高于另一側；而且，所述曲面聲楔塊底面呈水平，且上端面呈曲面。從而，所述點聚焦式線性陣列相控陣檢測裝置能夠使一維線性陣列相控陣探頭在二維方向上實現聚焦，避免了使用復雜且昂貴的二維陣列相控陣探頭。

附圖說明

圖1為本發明實施例點聚焦式線性陣列相控陣檢測裝置的結構示意圖；

圖2為本發明實施例點聚焦式線性陣列相控陣檢測裝置的設計原理圖；

圖3為本發明實施例點聚焦式線性陣列相控陣檢測裝置對被檢測件進行試驗的示意圖；

圖4為采用現有技術中的無聲透鏡對被檢測件進行試驗得到兩個正交的截面內部的超聲波聲場分布情況；

圖5為本發明實施例點聚焦式線性陣列相控陣檢測裝置對被檢測件進行試驗得到兩個正交的截面內部的超聲波聲場分布情況。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。

在本發明的一個實施例中，如圖1所示，為本發明實施例點聚焦式線性陣列相控陣檢測裝置的結構示意圖，所述點聚焦式線性陣列相控陣檢測裝置包括相控陣探頭和曲面聲楔塊。其中，所述曲面聲楔塊兩側面互為平行，且安裝有所述相控陣探頭的側面高于另一側面。而且，所述曲面聲楔塊底面呈水平，且上端面呈曲面。