Page 40 - 应用声学2019年第5期

792 2019 年 9 月

而在铝中相应的折射角分别为 0 、30 、60 以及大 乎没有纵波进入，进一步验证了所用方法的正确性。
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于 90 。在楔块 -铝界面处，关于纵波的第一临界角 另外，从图 5 中还可发现，随着偏转角度的增加，声
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为 25.62 ，因此，正如图 5(d) 所示，当入射角大于第 束逐渐变窄，幅值逐渐变小，说明过大角度的偏转不
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一临界角时，纵波声束发生了全反射，导致铝中几 利于实际检测。
ഀڱ
 
-30 -30
 
ᨸ -40 -40
 
z⊳mm  ᳧ᨷ -50 z⊳mm  -50

-60  -60
 
-70 -70
 ᨂ 
 -80  -80
         
x⊳mm x⊳mm
(a) Ϡᣁᝈ὘-12.48° (b) Ϡᣁᝈ὘0°

 -30  -30
 
-40 -40
 
-50  -50
z⊳mm  -60 z⊳mm  -60

 
-70 -70
 
 -80  -80
         
x⊳mm x⊳mm
(c) Ϡᣁᝈ὘21.99° (d) Ϡᣁᝈ὘26°
图 5 偏转声场仿真
Fig. 5 Simulation of steering acoustic fields

图 6 为相控阵分别在场点 [30, 10] mm、[30, 能量较为集中。
30] mm、[30, 50] mm 以及 [60, 50] mm 处聚焦的声 为进一步了解相控阵在上述结构中的聚焦
场分布情况。对比不同焦点的聚焦声场图可明显看 能力，通过设计延时法则，使得相控阵在竖直线
出，当焦点位于[30,10] mm 处时，聚焦效果明显，焦
x = 20 mm 上各点依次聚焦，并记录下该竖直线
斑较短且窄，检测分辨率较高。随着焦点距离的增
上声场最大值所在的位置，将其与预设焦点相对
加，聚焦效果逐渐变差，无法形成一个明显的焦斑，
比，结果如图 7所示。在第二层介质铝(z < 20 mm)
聚焦声束逐渐变宽，表明此时的聚焦点已经超出了
中，实际焦点与预设焦点位置基本吻合，聚焦
相控阵的聚焦范围，此时可以通过提高频率或者增
效果最好，正如图 6(a) 所示。从第三层介质黄铜
加阵元数目来改善聚焦效果。另外，从图 6(a) 中可
看出，当聚焦点较近时，虽然聚焦效果明显，聚焦点 (20 mm 6 z 6 40 mm) 开始，实际焦点与预设焦点
处能量集中，但在聚焦点后面的声场发散较快。而 位置逐渐产生偏差。在第四层介质钢 (z > 40 mm)
当聚焦点较远时，如图 6(c)、图6(d) 所示，虽然难以 中，随着距离的增加，这种偏差越来越明显，聚焦效
形成明显的焦斑，但声波仍以声束的形状向前传播， 果越来越差。