[发明专利]一种点聚焦式线性阵列相控阵检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及超声领域，特别是指一种点聚焦式线性阵列相控阵检测装置。

背景技术

目前，超声波相控阵技术以其灵活的声束偏转角控制和聚焦位置控制能力引起了人们越来越多地关注。线性阵列相控阵探头是一种最简化形式的超声相控阵形式，其制造成本相对最低，控制方式也是相对最简化。其缺点是只能在阵元分布的一维方向实现聚焦，其聚焦区域的形状类似于通常使用的线聚焦探头。这样的结果带来了两方面影响：一方面能量不够集中导致信噪比较低，另一方面在C扫描结果中容易造成图形畸变。

而在现有技术中，有研究人员通过水浸方式实现了线性阵列相控阵探头在两个维度上的聚焦，但在实际工程应用中，直接接触法是相控阵探头的主要应用形式，水浸相控阵方法很少应用且设备复杂，实用性差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于直接接触法的点聚焦式线性阵列相控阵检测装置，能够不用水浸耦合方式，而是通过接触法实现线性阵列相控阵探头在两个维度上实现聚焦，从而解决了超声波能量不集中、信噪比差、扫描图像有畸变的问题。

基于上述目的，本发明提供的点聚焦式线性阵列相控阵检测装置，包括相控阵探头和曲面声楔块；其中，所述曲面声楔块两侧面互为平行，且安装有所述相控阵探头的侧面高于另一侧；而且，所述曲面声楔块底面呈水平，且上端面呈曲面。

在本发明的一些实施例中，相控阵探头上有螺栓，曲面声楔块上有螺纹孔，所述相控阵探头与所述曲面声楔块两者通过螺栓连接。

在本发明的一些实施例中，所述相控阵探头与所述曲面声楔块接触面上涂有耦合剂。

在本发明的一些实施例中，自所述相控阵探头与所述曲面声楔块接触面最下沿至所述曲面声楔块的该侧面最下沿之间为锯齿侧面。

在本发明的一些实施例中，所述点聚焦式线性阵列相控阵检测装置的设计过程包括：

延长曲面声楔块所在的抛物线曲面，建立所述抛物线的延长线与被检测件底面相交处为原点的直角坐标系；

计算曲面声楔块中的实际焦距深度；

根据所述曲面声楔块中的实际焦距深度，计算相控阵探头中心延长线与曲面声楔块底面的距离。

在本发明的一些实施例中，所述计算曲面声楔块中的实际焦距深度包括：

设抛物线方程为y²＝-2px，则抛物线焦点坐标为其中p>0；

将P点横坐标代入抛物线方程可知获得相控阵探头中心延长线与抛物线的交点坐标为所述曲面声楔块中的焦距深度F＝p；

被检测件中超声波实际聚焦于P'处，其实际焦距深度为F'，且其中，C₁为曲面声楔块中的声波传播速度，C₂为被检测件中声波传播速度，这两个参量均为常数；D为超声波在被检测件中的焦距深度。

将F＝p代入获得实际焦距深度

在本发明的一些实施例中，计算相控阵探头中心延长线与曲面声楔块底面的距离a＝F'-D。

在本发明的一些实施例中，所述曲面声楔块中的焦距深度F＝p。

从上面所述可以看出，本发明提供的点聚焦式线性阵列相控阵检测装置，通过所述曲面声楔块两侧面互为平行，且安装有所述相控阵探头的侧面高于另一侧；而且，所述曲面声楔块底面呈水平，且上端面呈曲面。从而，所述点聚焦式线性阵列相控阵检测装置能够使一维线性阵列相控阵探头在二维方向上实现聚焦，避免了使用复杂且昂贵的二维阵列相控阵探头。

附图说明

图1为本发明实施例点聚焦式线性阵列相控阵检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例点聚焦式线性阵列相控阵检测装置的设计原理图；

图3为本发明实施例点聚焦式线性阵列相控阵检测装置对被检测件进行试验的示意图；

图4为采用现有技术中的无声透镜对被检测件进行试验得到两个正交的截面内部的超声波声场分布情况；

图5为本发明实施例点聚焦式线性阵列相控阵检测装置对被检测件进行试验得到两个正交的截面内部的超声波声场分布情况。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，为本发明实施例点聚焦式线性阵列相控阵检测装置的结构示意图，所述点聚焦式线性阵列相控阵检测装置包括相控阵探头和曲面声楔块。其中，所述曲面声楔块两侧面互为平行，且安装有所述相控阵探头的侧面高于另一侧面。而且，所述曲面声楔块底面呈水平，且上端面呈曲面。