超聲檢測(cè)的基本原理仍然適用

首先請(qǐng)切記：全聚焦方式（TFM）與傳統(tǒng)的超聲檢測(cè)（UT）和相控陣（PA）技術(shù)受相同的物理定律制約。相控陣電子聚焦將探頭上各個(gè)晶片產(chǎn)生的眾多波前匯聚在一個(gè)小區(qū)域內(nèi)，這個(gè)小區(qū)域稱(chēng)為焦點(diǎn)。這種匯聚只能在相控陣探頭的近場(chǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

近場(chǎng)的終端對(duì)應(yīng)于壓力場(chǎng)在非聚焦超聲束的傳播軸方向上的后大值。它由探頭參數(shù)定義，如：晶片大小、探頭頻率，以及材料聲速等。在PA（相控陣）檢測(cè)中，近場(chǎng)是聲波可以聚焦的區(qū)域。在這個(gè)范圍之外的聲波被認(rèn)為是不聚焦的，正如傳統(tǒng)的UT（超聲檢測(cè)）一樣，PA（相控陣）聲波的波幅和分辨率也會(huì)隨著聲程的延長(zhǎng)而降低。相同的聚焦和近場(chǎng)限制也適用于全聚焦方式（TFM），這意味著適用于PAUT（相控陣超聲檢測(cè)）的定律同樣適用于TFM。

在探頭特性方面的考慮以及針對(duì)聚焦能力的權(quán)衡

探頭頻率、晶片大小和晶片數(shù)量是影響檢測(cè)設(shè)置和檢測(cè)質(zhì)量的幾個(gè)因素。例如，由于近場(chǎng)長(zhǎng)度與探頭頻率和孔徑大小直接成正比，具有較高頻率和較大激發(fā)孔徑的探頭能夠在距離探頭面更遠(yuǎn)的位置聚焦，從而可提供更大的聚焦區(qū)域，并改善TFM的成像效果。另一方面，近表面分辨率則會(huì)變差。

由于所涉及到的各種變量，依靠實(shí)驗(yàn)性檢測(cè)為T(mén)FM設(shè)置確定理想探頭的做法不太切合實(shí)際。這也突出說(shuō)明為什么建模工具對(duì)TFM檢測(cè)配置至關(guān)重要。

在為T(mén)FM檢測(cè)選擇探頭時(shí)使用建模工具的必要性

OmniScan X3探傷儀的機(jī)載聲學(xué)影響圖（AIM）建模工具有助于預(yù)測(cè)即將生成的TFM信號(hào)的質(zhì)量。聲學(xué)影響圖顯示某種特定的探頭和楔塊組合在使用某個(gè)選定的聲波組對(duì)某個(gè)反射體進(jìn)行檢測(cè)時(shí)會(huì)產(chǎn)生的預(yù)期超聲響應(yīng)。借助這種方式，您可以做出正確的選擇，包括為您的設(shè)置選擇合適的探頭和楔塊。

如果把聲學(xué)影響圖看成是一張可以清楚顯示較強(qiáng)波幅響應(yīng)位置的熱圖，那么靈敏度指數(shù)，就如同較高溫度值。對(duì)于“熱”的程度沒(méi)有硬性限制，但是越熱越好。通過(guò)比較使用不同參數(shù)組（即所選探頭、楔塊、反射體形狀和角度、聲波組等參數(shù)）所生成的不同聲學(xué)影響圖的預(yù)測(cè)靈敏度指數(shù)，您可以清楚地了解到哪種配置能滿(mǎn)足您的檢測(cè)需求。

聲學(xué)影響圖（AIM）：探頭間距影響TFM檢測(cè)靈敏度的示例

以下屏幕截圖是一些AIM模擬圖。生成模擬圖所用的探頭頻率（5 MHz）及其他設(shè)置都相同，只有晶片大小（間距）不同。在本例中，當(dāng)晶片尺寸在活動(dòng)軸上增加時(shí)，其靈敏度指數(shù)也會(huì)相應(yīng)提高。

5L64-A32探頭型號(hào)：32 × 10毫米總激發(fā)孔徑，0.5毫米晶片間距，10毫米晶片高度，TT脈沖回波聲波組，靈敏度指數(shù)：20.14

5L64-A12探頭型號(hào)：38.4 × 10毫米總激發(fā)孔徑，0.60毫米晶片間距，10毫米晶片高度，TT脈沖回波聲波組，靈敏度指數(shù)：30.21

5L64-NW1探頭型號(hào)，64 × 7毫米總激發(fā)孔徑，1.00毫米晶片間距，7毫米晶片高度，TT脈沖回波聲波組，靈敏度指數(shù)：42.54

聲學(xué)影響圖（AIM）：探頭頻率影響靈敏度和覆蓋范圍的示例

探頭頻率會(huì)影響AIM模擬圖，并終影響到TFM檢測(cè)：探頭頻率越高，從近場(chǎng)到遠(yuǎn)場(chǎng)的過(guò)渡位置就越遠(yuǎn)。請(qǐng)注意，在下面的示例中，較高頻率探頭的靈敏度指數(shù)值較高，其AIM著色在整個(gè)聲束反射區(qū)域也更加一致，這意味著隨著聲程的延長(zhǎng)，其波幅變化較小，因而其信號(hào)指示大小的變化也較小。

5L64-A32探頭型號(hào)：5 MHz頻率，32 × 10毫米總激發(fā)孔徑，0.5毫米晶片間距，10毫米晶片高度，TT-TT聲波組，靈敏度指數(shù)：18.68

0L64-A32探頭型號(hào)：10 MHz頻率，32 × 10毫米總激發(fā)孔徑，0.5毫米晶片間距，10毫米晶片高度，TT-TT聲波組，靈敏度指數(shù)：27.38

適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)備工作和完善的TFM掃查計(jì)劃，除了要使用如AIM的實(shí)用性建模工具外，還應(yīng)該包括探頭策略和可行性測(cè)試，以確保充分覆蓋感興趣區(qū)域，并獲得優(yōu)質(zhì)信號(hào)。