Page 48 - 应用声学2019年第2期

194 2019 年 3 月

而在换能器的张角一定时，其曲率半径越小，聚焦性
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能越好，但是在焦域处的平行波束范围越小，可以用
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于检测的物体尺寸较小，故在选择聚焦换能器时需 ൦᫂γ
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要权衡 z w 和 y w 两个焦宽取值，才能取得理想的成 ԧ࠱૱ᑟ٨ θ O
像结果。

表 1 张角大小与聚焦切片尺寸的关系
Table 1 The relationship between open
图 5 扫描检测示意图
angle and focused slice size
Fig. 5 Schematic diagram of scanning detection
张角 声焦距 焦宽 焦宽
α/( ) d f /mm z w/mm y w/mm 2 实验研究
◦
50 33.35 23.8 1.9
2.1 实验系统及条件
60 34.15 12.9 1.6
选取内径4 mm、外径6 mm的环状笔芯作为被
70 34.55 9.7 1.5
测样品，为了保证被检样品处于聚焦切片之中，且能
80 34.75 7.5 1.2
够获取较高准确度的投影数据，由表 1 和表 2 可知，
90 34.85 5.8 1.1
利用张角 α 为 70 ，宽度 w 为 6 mm，曲率半径 R 为
◦
表 2 曲率半径与聚焦切片尺寸的关系 35 mm 的弧形聚焦换能器进行检测实验是合适的。
Table 2 The relationship between radius 实验系统如图6所示。水箱的大小为50 cm×50 cm，
of curvature and focused slice size 用来浸泡样品，且水介质有助于信号的传输。为了
减少声波反射等干扰，需要在箱体边缘放置吸声材
曲率半径 声焦距 焦宽 焦宽
R/mm d f /mm z w/mm y w/mm 料。收发换能器能够在旋转台 0、1 的驱动下做 360 ◦
的旋转，其中发射换能器以 1 的旋转步长发射信
◦
25 24.85 4.3 0.9
号，接收换能器以 1 的旋转步长接收信号，扇形束
◦
30 29.75 6.9 1.1
的覆盖角为 58 ；信号发生器发射频率为 1 MHz 的
◦
35 34.55 9.7 1.5
正弦填充脉冲信号，经过功率放大器后产生两路信
40 39.25 13 1.7
号，一路驱动发射换能器工作，另一路作为同步信号
45 43.85 16.7 1.9
被采集，后期用来提取超声波的走时；接收换能器接
1.2 超声透射CT检测方式 收到的携带物体断层信息的超声信号经前置放大
器后，由计算机控制采集并进行数据处理。由于本
为了获得足够多的投影数据，采用等角扇形束
并模拟 “单发多收”的扫描方式进行检测。如图 5所 ᝠካ఻
示，考虑到聚焦换能器的声场特性并利用其焦域
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对物体进行检测，设计发射换能器与接收换能器 y↼t↽
到旋转中心 O 点的距离均为声焦距 d f 。检测时，将 Ҫဋஊܸ٨ ᤂү଍҄ ҒᎶஊܸ٨
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被测物体放置于旋转中心 O 点处，发射换能器以 β
角为旋转步长发射信号，接收换能器以 γ 角为旋
转步长接收信号，当发射换能器发射一个脉冲信号 ஽ᣁԼ ඵ
后，接收换能器通过旋转依次接收多点信号，直至 ᤌ ஽ᣁԼ ኸ
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完成一个覆盖角为 θ 的扇形束扫描，进而实现 “单 ԧ࠱٨ ನ ଌஆ٨
发多收”，相比传统的平行束等扫描方式，能够提 ඵ ֶ
高检测效率 [14] ，节约成本。通过扫描，能够获取
(θ/γ) × (2π/β) 个投影数据，若旋转步长足够小，则 图 6 实验系统示意图
Fig. 6 Schematic diagram of the experimental
获取的投影数据越多，重建图像的质量越高。
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