声波全息照像翻译2综述

1、 100813 第25篇 3.7 声波全息照像 1. 光学全息照像是现在众所周知的三维数据存储在一个二维的记录面上的一 种方法，并作为超声波脉冲相干辐射的形式， 可以对超声应用类似的技术。 但是， 必须记住， 超声无损检测中使用的波长很长， 和要检测的缺陷的大小差不多。 超 声波光圈大小也只有几个波长，所以纵向图像分辨率可能不是很理想。 2. 线性声全息原理是超声波传感器扫描沿着一条直线并产生一个宽声场平面 扫描线。收到的回音乘以两个参考信号，对传输的脉冲进行 0度和 90度的改变， 所以在多次沿孔径采样会收到真正的和虚显示的回波。 数据存储在计算机中， 通 过使用二次相函数； 计算机定义一个

2、重建的平面和一个观察的角度， 并计算缺陷 的声场强度区域。 可以从配置文件的超声强度场得到缺陷的尺寸。 声全息技术的 主要缺点是在超声场方向的分辨率低， 但一定程度上克服这一聚焦探头， 或由多 频全息术，或合成孔径聚焦技术。 3. 声全息的早期作品是使用浸泡系统和能产生两个交叉的超声场的超声波换 能器的试样，一个传感器生产参考光束；在干涉区的液面上产生静态表面位移， 也就是激光束产生全息图的样本。 后来，电子参考光束投入使用， 但这些系统都 被已经合成孔径扫描的计算机重建技术取代。 3.8 合成孔径聚焦技术（ SAFT） 4. 从扫描传感器收集和处理数据已经提议了许多方法，以模拟一个更大的传

3、感器有更好的分辨率和信噪比。 SAFT，超声波传感器的应用， 是从合成孔径雷达 系统理论得到的。 理论上，可以考虑不规则的屈光接口中的标本及复杂角散射的 缺陷。 5.SAFT 使用脉冲超声、记录两波的振幅和相位，不需要引用函数。在数字化 以后，从一系列探测器位置的数据可以被存储（图 3.5 ）。 从探测器到缺陷的传 输时间，探测器在不同的位置， 是通过一个基于时间的算法来更正； 景深效果是 可以克服的聚焦算法和不平衡性接口材料的表面相校正算法； 系列脉冲从每个探 测器的位置发射的平均噪音被减小。实际孔径大小是理论的大型传感器的大小， 当然不可以是无限大的，如超声波束探测器定位在孔径的末端仍必须

4、达到该漏 6. 声全息 SAFT的主要优势似乎可能在纵向分辨率的改善，虽然这只能通过 复杂的电脑程序来获得。 3.9 超声成像系统 7. 试块的超声波 “图像”可以通过已经描述的 C-扫描显示，通常在浸泡池中， 通过探头扫描常规栅格的表面。 然而，这种机械扫描速度太慢， 并且光束直径极 为有限限制了横向分辨率。 如果使用的是聚焦超声探头， 该字段宽度更小， 和横 向分辨率提高了， 但机械扫描时间将更长时间。 这就需要电子扫描， 以及多元线 性阵列传感器来加速检测进程。 8. 传感器必须内置一些延时装置，以便从一个点在试样的信号在同一时刻到 达的所有元素。 这样的多阵列系统发现医学超声成像的广泛

5、使用， 但尚未为工业 应用。这种扫描可以是机械或电子扫描阵列相控阵。 9. 在相控阵中，元素间距必须小于波长的一半，以避免虚假衍射瓣，所以制 造困难；然而，在帧速率，线密度，视场之间还要有一定有用的灵活度。现役系 统一般工作在 3和15MHz之间。 图3.705 合成孔径聚焦技术（ SAFT）：为了简单起见数字化和时间 - 传输距离校正后，只显示三个探头 位置。用的是集成信号。 10. 在金属直接超声成像方面已研制了一系列设备， 从具有超声敏感的电视 类相机面板管， 通过使用超声波镜片， 电脑重构图像。 超声波镜片可制成固体材 料，或用薄的，塑形的外壳填充液体制成。透镜设计类似于光学透镜设计，

6、应根 据不同材料的超声速度来选择的屈光指数。 11. 几种用来使超声图像可见的方法被，如下。 （ 1）液表漂浮法（如同提到的简单的声全息系统。 ） （2）弹光效应：在合适的透明固体，偏振光可以使超声波可见，在压力下形成 光的双折射。 （3）纹影方法：更改光的折射，在透明材料时，承受压力变化，可以做可见超 声场。 （ 4）由电场的液晶可以刺激变得混浊和光的散射， 超声波可以产生同样的效果。 （5）从光和超声波束在液体后者可以被视为光纤光栅光栅折射的变化相互作用 的衍射的影响。如果满足布拉格衍射条件。 2sin 其中 是光束角度， 是光波长， 是声波波长，衍射光进行光代表性的声场。 12. 直接图

7、像可视化技术是有吸引力的， 他们能实时成像， 并且设备， 如径 向扇形扫描仪， 扫描沿径向线从传感器阵列的中心扩展， 已在医学超声应用非常 成功。延迟线系统很复杂， 只有少量元素上的传感器， 所以模拟数字转换器得到 更快和更便宜， 数字计算机技术似乎可能会用于下一代探测器， 已经描述在合成 孔径系统之下。 13 。需要检查快速移动的物体， 如人的心脏， 相应的的应用在工业无损检测中 还没有出现； 因此可以允许较长的图像恢复时间。 目前，大多数医用电子方式扫 描超声系统使用比电视栅格图像较小的行数。 一些成像问题， 可以通过使用压电 薄膜材料氟乙烯构成的传感器阵列消除。 3.10 超声波衰减测量

8、 14. 近代的技术发展已经简化了在较宽的频率范围内精确测量金属超声衰减 的问题，似乎有可能衰减数据可能被用来预测有关的材料属性，以便强度计算。 15. 宽带、高频传感器，由于快速上涨时的脉冲星是由石英缓冲杆耦合到试 块。试样厚度通常很小（ 1-20mm）。 平行面，大大超出传感器。从标本回来的反 射声波被捕获并处理，来校正在接口的衍射损失。关于频率 f ，平均粒度、 D和 衰减 的曲线就形成了。不同的 D 值，就会有不同的关联，普遍的形式是 2 3 4 af bD f 其中 a和 b是常量。 这种关系很复杂，因此一直是理论和实验研究的主题。 16. 对于低频 （ D，） 似乎衰减主要是由于几

9、何散射， 因为整个晶粒 （grain ） 作为散射单位。在这一区域， 和f 4.成正比。 在高频 （D,) it appears that attenuation is mostly due to geometric scattering, in the sense that the whole grain acts as the scattering unit. In this region, is due to 4 proportional to f . At very high frequencies ( D )s, cattering is a diffusion process an

10、d is independent of frequency, and in the intermediate range there is phase scattering differences on the initially plane wave front caused by the large number of paths associated with 2 each elementary portion of the wave front. In this region,. is proportional to f 17. This data has been obtained

11、largely from work in pure materials and while it is also valid for polycrystalline alloyed materials, there is an additional attenuation effect due to dislocations, which may eventually make it possible to relate ultrasonic attenuation measurements to fatigue strength properties. At the least, ultra

12、sonic attenuation can be used to monitor material properties, but at present there seems to be insufficient theory on the interaction of ultrasonic stress waves, material microstructure, and mechanical failure in metals. 18. There have been claims for empirical correlations between ultrasonic attenu

13、ation and the impact strength of certain steels, between attenuation and fracture toughness, and between compressional wave velocity and the tensile strength of cast iron. Using a single sample of stainless steel in which the fracture toughness could be varied with temperature, it was sound that the

14、 correlation between ultrasonic attenuation and fracture toughness, k1C , was not good, the variation in k1C being much larger than the variation in attenuation. The reason was thought to be variation in other material properties, such as yield stress, also affecting k1C , whereas ultrasonic attenua

15、tion is mostly dependent on grain size. 3.11 Stress measurement 19 .Ultrasonic velocity measurements can be used to measure stress in metals. The technique is not easy to apply, as the change in ultrasonic velocity with stress is very small and varies with different materials, but the increased abil

16、ity to time the arrival of ultrasonic pulses accurately ( 1ns) has made this a feasible technique, with a few practical applications, such as the measurement of axial loads in steel bolts and residual stress measurement. The velocity of ultrasound also varies with temperature, so that specimen tempe

17、ratures must be accurately controlled. The real limitation of then technique is that in many materials the ultrasonic pulse becomes distorted and so the accuracy of measurement is reduced. 20. A technique which avoids this problem is to measure the phase difference between two-tone bursts, by changi

18、ng the frequency to keep the phase difference constant. Small specimens are used, in a water bath, and then pulses received from the front and back surfaces overlap. 21. The presence of stress rotates the plane of polarization of polarized shear waves and there is some correlation between the angle

19、of rotation and the magnitude of the stress. Measurement of this rotation can therefore be used to measure internal stress in a solid averaged over the volume of material traversed by the ultrasonic beam. 22. A more advanced technique for measuring residual stress is to use shear waves polarized in

20、two mutually perpendicular directions. These waves have slightly different velocities and so interfere, so that as the transducer is rotated, the interference vanishes when the polarizing planes are parallel and perpendicular to the stress axis. Once this axis is known, the actual stress can be comp

21、uted from the velocities. 23. The acousto-elastic effect with Rayleigh surface waves has also been used to measure residual stress in stainless steel pipes. EMA transducers are used, to eliminate coupling problems and improve repeatability. A frequency of 1.5 MHz is used and a calibration curve is d

22、eveloped on a test sample of then pipe using strain gauges to measure the stress. The Rayleigh wave velocity at zero stress is unknown and is affected by microstructural variations, so the main use of then technique is for relative rather than absolute measurements. 3.12 critical angle reflectivity

23、24. If the reflectivity from a liquid/solid interface is measured, there is a very sharp minimum reflectivity at then Rayleigh critical angle (Fig.3.6). From knowledge of this angle, the Rayleigh and Lamb wave velocities can be determined, and the shape of the minimum is affected by the attenuating properties of the surface layer of then solid, or of the interface properties of the surface layer of then solid, or of then interface properties between two different materials. The measurement is made with an ultrasonic goniomete