[發明專利]約束條件下超聲陣列輻射器輻射聲場的計算方法及系統

有效

• 申請號: 202110325098.8
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113049092B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 趙霞;劉賓;王召巴;陳友興;金永;王偉;吳其洲;楊凌
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉鳳玲

本發明涉及一種約束條件下超聲陣列輻射器輻射聲場的計算方法及系統，方法包括：計算超聲陣列輻射器各陣元在介質中的輻射聲場；計算超聲陣列輻射器各陣元在介質中偏轉聚焦所施加的時延；根據超聲陣列輻射器發出的聲波的波長和超聲陣列輻射器各陣元的寬度計算超聲陣列輻射器各陣元的約束角；根據所述超聲陣列輻射器各陣元在介質中的輻射聲場、所述超聲陣列輻射器各陣元在介質中偏轉聚焦所施加的時延以及所述超聲陣列輻射器各陣元的約束角計算約束條件下超聲陣列輻射器在介質中的輻射聲場。本發明在計算輻射聲場時加入了各陣元的約束條件，使得計算出的輻射聲場與實際聲場更為接近，提高了計算準確度。

技術領域

本發明涉及超聲陣列輻射器輻射聲場計算技術領域，特別是涉及一種約束條件下超聲陣列輻射器輻射聲場的計算方法及系統。

背景技術

隨著計算機和電子等技術的發展，超聲相控陣撿測技術在近幾年取得了快速的發展和應用，超聲相控陣檢測技術具有傳統超聲波探傷無法比擬的檢測優勢。其采用超聲陣列輻射器，可通過控制各陣元的時延實現聲束在任意方向及位置的偏轉和聚焦，從而實現在檢測區域多角度大范圍的掃查。超聲陣列參數一旦確定，其輻射聲場也隨之確定，輻射聲場將直接影響待測構件的檢測過程及結果。超聲陣列輻射聲場的特性研究對于陣列的優化設計、選取及檢測過程的預測評估具有重要意義。

在超聲陣列輻射器聲場特性研究中，目前的研究主要集中在建立陣列聲場模型，研究不同陣列參數對聲場偏轉聚焦性能的影響，但是在建立超聲陣列輻射聲場模型及數值模擬中，通常設定每個陣列輻射器單元在空間輻射聲波是陣元下方空間全角度聲覆蓋，從而可控制陣列輻射器實現聲束任意方向任意位置的偏轉及聚焦。但通過研究發現陣列中單個線源的聲輻射在不同參數下具有不同的指向性，即超聲陣列參數及檢測參數的不同導致各陣元聲覆蓋角度有很大不同，直接影響整體陣列聲波束的調控效果。

發明內容

本發明的目的是提供一種約束條件下超聲陣列輻射器輻射聲場的計算方法及系統，在計算輻射聲場時加入各陣元的約束條件，使得計算出的輻射聲場與實際聲場更為接近，提高計算準確度。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種約束條件下超聲陣列輻射器輻射聲場的計算方法，包括：

計算超聲陣列輻射器各陣元在介質中的輻射聲場；

計算超聲陣列輻射器各陣元在介質中偏轉聚焦所施加的時延；

根據超聲陣列輻射器發出的聲波的波長和超聲陣列輻射器各陣元的寬度計算超聲陣列輻射器各陣元的約束角；

根據所述超聲陣列輻射器各陣元在介質中的輻射聲場、所述超聲陣列輻射器各陣元在介質中偏轉聚焦所施加的時延以及所述超聲陣列輻射器各陣元的約束角計算約束條件下超聲陣列輻射器在介質中的輻射聲場。

可選地，所述超聲陣列輻射器各陣元在介質中的輻射聲場的計算公式為：