水浸式线聚焦脉冲超声传感器声场模型构建方法

摘要

本发明涉及一种水浸式线聚焦脉冲超声传感器声场模型构建方法，该型传感器具有矩形压电晶片和半圆柱形声透镜，可以广泛应用于超声无损检测场合。该型传感器尚没有声场模型，而其声场分布，特别是轴线声压分布、焦距与声束扩散角等参数会对检测方案的制定以及检测结果产生大的影响。本发明建立了该型传感器的空间声场模型，可以得到其辐射声场中任一点的声压参数、轴线上的声压分布、理论焦距和声束扩散角。发明中对轴线声压进行了数值模拟，并用试验验证了其轴线声压。

主权项

1、一种水浸式线聚焦起声传感器的声场模型建立过程及其求解方法主要包括如下具体步骤：模型建立，主要包括：1)根据实际传感器的结构特点抽象出其物理模型，其中，压电晶片和声透镜是物理模型的主体；将压电晶片采用矩形几何结构模拟，而将声透镜用一侧是平面矩形，另一侧为部分圆柱形的几何结构模拟；2)在物理模型上建立两套坐标系，一套坐标系是直角坐标系，原点在声透镜背面中心上，x轴沿透镜长度方向，y轴沿透镜高度方向，z轴垂直于透镜背平面(xoy面)；一套坐标系是柱面坐标系，取透镜内表面的圆柱体几何中心作为原点，r是透镜的曲率半径，θ是透镜曲面上的点在yoz平面上的投影与z轴正方向的夹角；3)将压电晶片分割成一系列矩形微元ds1，每一个ds1当作一个一次点声源，向外发射球面波；4)将透镜的作用等效于相位变换器，把声透镜曲面上的点看作是二次点源，也向外发射球面波；5)将声透镜曲面分割成一系列微元ds2，空间任一点处的声压等于所有这些二次微元发射的声波在该点叠加的结果，从而得到了该型传感器的声场模型P；当x＝0，y＝0时，得到传感器轴线上的声压分布；轴线上声压最大点为焦距；根据焦距得到其声束角α；模型的数值解法，包括：6)采用数值方法对传感器声场进行求解；具体作法是将透镜分割成足够小的区域，用小区域声场的叠加近似声场模型中的积分。