自聚焦线阵声场特征和检测应用

相控阵超声技术近些年发展迅速,并被广泛应用于工业无损检测领域,但采用线阵换能器检测时,存在阵元长轴方向检测分辨力较差的问题。针对传统线阵换能器无法在阵元长轴方向聚焦的问题,提出采用自聚焦线阵换能器检测,可同时在阵元长轴和短轴方向获得较好检测分辨力。针对自聚焦线阵换能器声场计算方法和分布特征开展研究,发展了非近轴近似高斯声束叠加方法来计算自聚焦线阵辐射声场,为验证该方法的有效性,与瑞利积分数值方法进行精度和效率比较。进一步,利用上述理论方法来对比分析传统线阵和自聚焦线阵焦点强度、焦点尺寸和焦柱长度等参数随偏转角度变化的分布特征。对圆柱形工件进行检测,结果表明自聚焦线阵换能器可以检测出普通线阵换能器难以检测出轴向缺陷。理论和试验结果表明所提出的非近轴近似高斯声束叠加方法可以较准确地计算自聚焦线阵辐射声场,同时自聚焦线阵换能器对轴向和环向缺陷的检测灵敏度均较高。