Page 224 - 《应用声学》2024年第1期

220 2024 年 1 月

表 4 两种算法计算结果对比 由表 4 可知本文方法迭代次数较少，且计算效
Table 4 Comparison of the calculation re- 率有效提升，对各阵元进行计算所得参数如表 5
sults of the two algorithms 所示。
将表5 中的延时数据依次加到相控阵换能器各
计算方法 费马定律 本文方法
阵元，使声波在预定点聚焦，仿真结果如图 8 所示。
离散精度/mm 0.01 0.01
图8(a)表示所有换能器各阵元按照表 5的延时依次
迭代次数 8000 318
激发超声波，图 8(b) 表示在 5.5 µs 左右在预设聚焦
耗时/s 0.79 0.23
点位置能量增强实现聚焦。

表 5 各阵元编号、水中声程、被测构件中声程和延迟时间
Table 5 The number of each array, the underwater sound path, the
sound path in the measured component and the delay time

阵元编号 l 1 /mm l 2 /mm ∆T/µs 阵元编号 l 1 /mm l 2 /mm ∆T/µs
1 5.1074 8.5838 0 9 5.0345 5.6499 0.5465
2 5.1009 8.1292 0.0815 10 5.0243 5.4332 0.5901
3 5.0936 7.6973 0.1602 11 5.0152 5.2588 0.6259
4 5.0854 7.2801 0.2359 12 5.0078 5.1283 0.6530
5 5.0763 6.8913 0.3079 13 5.0027 5.0428 0.6709
6 5.0065 6.5307 0.3756 14 5.0002 5.0031 0.6793
7 5.0561 6.2015 0.4385 15 5.0006 5.0093 0.6780
8 5.0453 5.9069 0.4957 16 5.0038 5.0614 0.6670

0 由焦点坐标可得聚焦点位于换能器中心位置
右侧向深度方向偏转 63 ，绘制该方向声压分布，如
◦
-4 图 9 所示 (数据经过归一化处理)，由图 9 可知随着
ጫՔͯረ/mm -12 深度增大，声压逐渐增大，在 10 mm 深度左右所有
-8
阵元发射的超声波相位一致能量叠加实现聚焦，声
-16 压达到最大值，之后随着深度增加声场再次发散声
压逐渐减小，仿真结果与理论基本吻合。
-20
-15 -10 -5 0 5 10 15 1.00
ഷՔͯረ/mm 0.95
(a) 2 µs
0.90
঴ܦԍ/Pa
0 0.85
-4 0.80
0.75
ጫՔͯረ/mm -12 0.70
-8
0.65
-16 6 8 10 12 14 16 18 20
ງए/mm
-20
图 9 偏转 63° 方向聚焦声场声压分布
-15 -10 -5 0 5 10 15
ഷՔͯረ/mm Fig. 9 Deflection 63° direction focused sound field
(b) 5.5 µs sound pressure distribution

图 8 偏转聚焦瞬态声场声布 此外计算了其他位置点聚焦的延时时间并进
Fig. 8 Deflection focusing transient sound field 行声场仿真验证，与上述聚焦结果类似，声场可以在
sound distribution 指定位置实现聚焦。