Page 29 - 应用声学2019年第2期

第 38 卷 第 2 期 甘勇等： 复杂曲面构件的超声虚拟声源阵列成像 175

⊲⊲⊲ ⊲⊲⊲ ⊲⊲⊲
⊲⊲⊲ ⊲⊲⊲ ⊲⊲⊲ U  U  U i U N֓ U N
U  U  U i U N֓ U N

d i
ᏹՌ̮᠏ ᏹՌ̮᠏
v i
v N֓
v i
v 
d i
v 
ႍ᭧
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(a) ᄱ᥶К࠱ག˨ᫎ౞थᘿલູ (b) ኄ̮̄᠏˗ੇϸགᄊՌੇߘय़ᐑཥ
图 1 虚拟源 -合成孔径聚焦成像示意图
Fig. 1 Schematic representation of VS-SAFT imaging

√
2
2
d 2k,xz = (x v k − x) + (z v k − z) , (4)
其中，x、z 为像素点坐标。根据对应介质声速，声波
u i u i⇁ 在阵元中心-虚拟源-像素点路径上的传播时间为
c k
α k α k d 1k d 2k,xz
t k,xz = t 1k + t 2k,xz = + . (5)
c 1 c 2
注意到 t 1k 的计算与像素点坐标无关，仅取决
q i
v k
于阵元中心坐标以及界面回波差值。对于每两个相
q i⇁
邻的阵元，t 1k 仅计算一次。将N − 1 个虚拟源信号
进行延时叠加，得到像素点p(x, z)处的幅值为
图 2 虚拟源构建示意图 N−1
∑
Fig. 2 Creating VS at the arbitrarily interface I VS-SAFT (x, z) = h(2t k,xz ), (6)
i=1
由上述几何关系，虚拟源v k 到c k 的偏转角为 式(6)中，h(2t k,xz )为接收信号的希尔伯特变换。
( )
u i q i − u i+1 q i+1
α i = arcsin
d 2 实验
( )
c 1
= arcsin (T i − T i+1 ) , (1)
2d 图 3 为水浸实验检测平台，由独立 128 通道超
式(1)中，T i 和T i+1 为阵元U i 和U i+1 的界面回波信
声信号采集系统、计算主机、阵列信号采集软件和
号的对应时间。由于阵元坐标已知，虚拟源 v k 的坐
128 阵元信号采集传感器组成。其中，传感器为广
标可以表示为
州多浦乐电子科技有限公司生产的线性 128 阵元
( )
u i q i + u i+1 q i+1
+ · sin α i , 的线性阵列探头，中心频率为 5 MHz，阵元宽度为
x v k = x c k
2
( ) 0.9 mm，阵中心间距为1 mm，阵元长度为10 mm。
u i q i + u i+1 q i+1
+ · cos α i . (2)
z v k = z c k
2 检测构件为半径60 mm 的铝制半圆柱，构件两
可以看出，如果阵元依次激励，那么前一个界
端面分别加工了三个和五个ϕ2边钻孔，如图4所示。
面回波时间可以利用到下一个虚拟源的构建中，假 为便于描述，分别将其命名为端面 1 和端面 2。由
设激励的阵元个数为 N，那么构建的虚拟源数量为 图 4 可知，端面 1 的三个边钻孔与底面之间的距离
N − 1。虚拟源v k 坐标确定后，可以得到声波从阵元 均为30 mm，孔圆心相距20 mm；端面2的五个边钻
中心到虚拟源处再到像素点的传播距离：
孔距圆心均为 30 mm，相邻孔圆心之间的圆周角为
√
2
2
◦
d 1k = (x u i − x v k ) + (z u i − z v k ) , (3) 30 。