超声相控阵原理

第1章绪论1

1.1概述1

1.2线阵和二维阵列4

1.3相控阵系统模型6

1.4各章内容概览11

参考文献12

第2章一维阵列声场14

2.1单源换能器模型14

2.2远场声波19

2.3活塞波的数值模型22

2.4线源模型28

2.5波在平界面上的辐射30

参考文献36

第3章大尺寸单阵元换能器模型37

3.1近轴近似和菲涅尔积分模型37

3.2大阵元的波束偏转和聚焦39

3.2.1波束偏转39

3.2.2远场声波的偏转41

3.2.3声束聚焦42

3.2.4声束偏转与聚焦47

3.3幅值加权49

3.4多高斯声束模型55

3.5总结60

参考文献60

第4章相控阵波束模型（一维单元）62

4.1阵列波束模型62

4.1.1单个阵列的远场特性65

4.2阵列波束偏转68

4.3阵列波束聚焦72

4.4阵列幅值加权74

4.5阵列声束建模案例75

4.6相控阵声束场的高斯模型78

4.7阵列波束在平界面上的偏转和聚焦81

参考文献84

第5章延时法则（二维）86

5.1单一介质中延时法则86

5.2透过平界面的转向和聚焦89

参考文献95

第6章二维阵列的声场96

6.1单阵元换能器模型（三维）96

6.2远场声波99

6.3点源活塞模型数值解101

6.4接触式换能器阵元模型104

6.5波在平界面上的辐射105

6.6高斯声束等效点源模型117

参考文献125

第7章相控阵声束建模（二维阵元）126

7.1相控阵波束模型——单一介质126

7.1.1阵列的远场特征129

7.1.2三维情况下的波束偏转131

7.2波在平界面上的辐射134

7.3阵列声束建模实例137

参考文献144

第8章延时法则（三维）145

8.1三维波束控制145

8.2三维空间中的波束偏转与聚焦146

8.3透过平面界面的波束偏转148

8.4透过平面界面的波束偏转和聚焦149

参考文献153

第9章相控阵线性系统模型154

9.1线性系统建模和声波生成154

9.2线性系统建模和声波接收158

9.3接收过程和声束栅瓣162

9.4完整超声测量过程的线性系统模型164

参考文献166

第10章超声相控阵系统函数167

10.1声/弹性传递函数模型167

10.2振元的系统函数176

参考文献179

第11章超声相控阵检测模型180

11.1互易关系180

11.2液浸式超声检测模型184

11.3接触式超声检测模型185

11.4简化的小缺陷检测模型186

11.5定量成像的检测模型191

11.6二维问题的测量模型199

参考文献204

第12章相控阵成像导论205

12.1合成孔径成像205

12.2全聚焦成像207

12.3成像过程209

12.4远场成像检测模型212

12.5成像仿真224

参考文献236

第13章成像测量模型238

13.1脉冲回波成像238

13.2全矩阵成像245

13.3基于线阵的二维成像250

13.4讨论258

13.5成像测量模型总结259

参考文献264

第14章阵元边界条件和其他建模问题267

14.1有限阻抗障板模型267

14.2有限阻抗障板上阵元的线源模型270

14.3其他建模问题277

参考文献278

附录ABeylkin行列式279

A.1三维成像的Beylkin行列式（一般情况）279

A.2三维成像的Beylkin行列式（脉冲回波情况）281

A.3二维成像的Beylkin行列式282

参考文献284

附录B角度面积比285

B.1单一介质中检测时的角度面积比285

B.2通过平界面检测时的角度面积比286

参考文献289

附录CMATLAB函数与脚本290

C.1单阵元的声束模型290

C.2延时法则和变迹法则290

C.3阵列声束模型291

C.4其他函数291

C.5程序列表292" 2100433B

超声相控阵检测技术是近年来发展起来和广泛应用的一项新兴无损检测技术，其基本原理是利用指定顺利排列的线阵列或面阵列的阵元按照一定时序来激发超声脉冲信号，使超声波阵面在声场中某一点形成聚焦，增强对声场中微小缺陷检测的灵敏度，同时，可以利用对阵列的不同激励时序在声场中形成不同空间位置的聚焦而实现较大范围的声束扫查。

因此，在超声相控阵换能器不移动的前提下就可以实现大范围内高灵敏度的动态聚焦扫查，这正是超声相控阵检测技术的优越特点，是常规超声检测不具备的，也是该技术广泛发展和应用的重要原因。本书原著作者Lester W. Schmerr Jr教授长期从事超声无损检测和超声相控阵检测原理和技术的研究，著有多本超声无损检测学术专著。本书是作者多年科研和教学的经验积累和研究成果。

本译著是国内第一本详细阐述超声相控阵检测基本原理的专著，全面阐述了其基本工作原理、基本构成和相关数学模型和基础理论，对我国超声相控阵检测技术、检测仪器和相控阵探头的发展具有重要参考价值和借鉴意义。

通道数：64个；发射中心频率：0.5到20MHz；时间延迟：可精确到4纳秒；可编程脉冲电压赋值：3到190伏（峰峰值）。