VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

В данной статье рассматриваются физические особенности формирования сигналов, излучаемых прямыми линейными (одномерными) преобразователями с фазированными решетками в контролируемую среду.

Пусть линейная решетка длиной lp образована N_э = 2^m (m = 2,3, ...) излучающими элементами, расположенными на оси ОХ симметрично относительно начала координат О системы S так, как показано на схеме (рисунок 1), тогда базовое расстояние между их центрами

Рисунок 1 – Схема линейной решетки с излучающими элементами

Сама точка О расположена в центре решетки. Эти элементы создают давление в направлении оси 0Z в пределах их протяженности по оси ОХ, при этом волновые размеры элементов (по ОХ) предполагаются малыми, то есть произведение волнового числа продольной волны в среде на длину элемента не превышает 1. Точка фокусировки Р удалена по оси OZ на расстояние h от О. Дальность от i-го элемента, удаленного от центра О по оси ОХ на расстояние i - 0,5), до точки Р равна

(1)

а задержка сигнала по отношению к времени распространения по оси OZ на расстояние фокусировки h (из начала координат до точки фокусировки)

(2)

Для фокусировки суммарного сигнала в точке Р необходимо опережение излучения сигнала i-го элемента на значение . В этом случае излучаемые импульсы достигают указанной точки в одно время, а регистрируемый сигнал максимален.

Расстояние от i-го излучающего элемента, находящегося в области X > 0 (справа от начала координат О), до текущей точки D, удаленной от О на расстояние h в направлении под углом θ к оси OZ, равно

(3)

при этом , где определяется формулой (5.1). Аналогичное расстояние от j-го излучающего элемента, находящегося в области X < О (слева от точки О), равно

(4)

Задержка сигналов в точке D для i(j)-го элемента по отношению к времени распространения из начала координат О до точки фокусировки Р равно, где расстояния определяются формулами (5.3) и (5.4), при этом фактическая задержка с учетом задаваемого времени опережения излучения в соответствии с формулой (5.2) составляет

(5)

Регистрируемый в точке D сигнал A(h,θ) представляет собой сумму импульсов от всех элементов решетки с фактической задержкой (5.5) с учетом направленности излучения каждого элемента и уменьшения амплитуды сигнала вследствие расхождения волнового фронта (изменение амплитуды за счет поглощения и рассеяния здесь не рассматривается), что достигается умножением функции , описывающей сигнал от излучающего элемента i(j), на коэффициент где — угол между положительной нормалью к оси ОХ (со направленной с осью OZ) в центре элемента и направлением на точку D из этого центра (рисунок 5.1),

(6)

(7)

Построение графика угловой зависимости максимума суммарного сигнала

График угловой зависимости максимума суммарного сигнала показывает, изменение суммарной амплитуды всех элементов решётки от угла поворота акустической оси.

Рисунок 2 — Угловая зависимость максимума суммарного сигнала преобразователя с фазированной решёткой с изменяющейся длиной решётки ; = 16, = 120, c = 5930

Рисунок 3 — Угловая зависимость максимума суммарного сигнала преобразователя с фазированной решёткой с изменяющимся количеством элементов ; =40 , = 120, c = 5930

Рисунок 4 — Угловая зависимость максимума суммарного сигнала преобразователя с фазированной решёткой с изменяющимся расстоянием до фокусировки ; =40 , = 16, c = 5930

Заключение

Выполненные в статье расчёты позволяют сделать следующие выводы:

1. С увеличением расстояния до точки фокусировки амплитуда суммарного сигнала уменьшается по закону близкому к экспоненте рисунок 5.

Рисунок 5 — Угловая зависимость максимума суммарного сигнала от расстояния до фокусировки

1. Суммарная амплитуда мало зависима от ширины каждого из элементов решётки.

2. С увеличением кол-ва элементов в решётке амплитуда суммарного сигнала увеличивается.

Список литературы В.Н. ДаниловМоделирование работы прямого преобразователя с фазированной решёткой в режиме излучения - Дефектоскопия, 2010, №7, стр. 3-17.

5

Код для цитирования: Скопировать