超声相控阵原理

第1章 绪论 1

1.1 概述 1

1.2 线阵和二维阵列 4

1.3 相控阵系统模型 6

1.4 各章内容概览 11

参考文献 12

第2章 一维阵列声场 14

2.1 单源换能器模型 14

2.2 远场声波 19

2.3 活塞波的数值模型 22

2.4 线源模型 28

2.5 波在平界面上的辐射 30

参考文献 36

第3章 大尺寸单阵元换能器模型 37

3.1 近轴近似和菲涅尔积分模型 37

3.2 大阵元的波束偏转和聚焦 39

3.2.1 波束偏转 39

3.2.2 远场声波的偏转 41

3.2.3 声束聚焦 42

3.2.4 声束偏转与聚焦 47

3.3 幅值加权 49

3.4 多高斯声束模型 55

3.5 总结 60

参考文献 60

第4章 相控阵波束模型（一维单元） 62

4.1 阵列波束模型 62

4.1.1 单个阵列的远场特性 65

4.2 阵列波束偏转 68

4.3 阵列波束聚焦 72

4.4 阵列幅值加权 74

4.5 阵列声束建模案例 75

4.6 相控阵声束场的高斯模型 78

4.7 阵列波束在平界面上的偏转和聚焦 81

参考文献 84

第5章 延时法则（二维） 86

5.1 单一介质中延时法则 86

5.2 透过平界面的转向和聚焦 89

参考文献 95

第6章 二维阵列的声场 96

6.1 单阵元换能器模型（三维） 96

6.2 远场声波 99

6.3 点源活塞模型数值解 101

6.4 接触式换能器阵元模型 104

6.5 波在平界面上的辐射 105

6.6 高斯声束等效点源模型 117

参考文献 125

第7章 相控阵声束建模（二维阵元） 126

7.1 相控阵波束模型——单一介质 126

7.1.1 阵列的远场特征 129

7.1.2 三维情况下的波束偏转 131

7.2 波在平界面上的辐射 134

7.3 阵列声束建模实例 137

参考文献 144

第8章 延时法则（三维） 145

8.1 三维波束控制 145

8.2 三维空间中的波束偏转与聚焦 146

8.3 透过平面界面的波束偏转 148

8.4 透过平面界面的波束偏转和聚焦 149

参考文献 153

第9章 相控阵线性系统模型 154

9.1 线性系统建模和声波生成 154

9.2 线性系统建模和声波接收 158

9.3 接收过程和声束栅瓣 162

9.4 完整超声测量过程的线性系统模型 164

参考文献 166

第10章 超声相控阵系统函数 167

10.1 声弹性传递函数模型 167

10.2 振元的系统函数 176

参考文献 179

第11章 超声相控阵检测模型 180

11.1 互易关系 180

11.2 液浸式超声检测模型 184

11.3 接触式超声检测模型 185

11.4 简化的小缺陷检测模型 186

11.5 定量成像的检测模型 191

11.6 二维问题的测量模型 199

参考文献 204

第12章 相控阵成像导论 205

12.1 合成孔径成像 205

12.2 全聚焦成像 207

12.3 成像过程 209

12.4 远场成像检测模型 212

12.5 成像仿真 224

参考文献 236

第13章 成像测量模型 238

13.1 脉冲回波成像 238

13.2 全矩阵成像 245

13.3 基于线阵的二维成像 250

13.4 讨论 258

13.5 成像测量模型总结 259

参考文献 264

第14章 阵元边界条件和其他建模问题 267

14.1 有限阻抗障板模型 267

14.2 有限阻抗障板上阵元的线源模型 270

14.3 其他建模问题 277

参考文献 278

附录A Beylkin行列式 279

A.1 三维成像的Beylkin行列式（一般情况） 279

A.2 三维成像的Beylkin行列式（脉冲回波情况） 281

A.3 二维成像的Beylkin行列式 282

参考文献 284

附录B角度面积比 285

B.1 单一介质中检测时的角度面积比 285

B.2 通过平界面检测时的角度面积比 286

参考文献 289

附录C MATLAB函数与脚本 290

C.1 单阵元的声束模型 290

C.2 延时法则和变迹法则 290

C.3 阵列声束模型 291

C.4 其他函数 291

C.5 程序列表 292