Моделирование и оптимизация нефазированных 2-мерных ультразвуковых матричных преобразователей

• Автор: Денисов, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 01.00.00
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Виндзор, Онтарио
• Количество страниц: 129 с. : ил.

Аннотация
Получение визуальных ультразвуковых изображений с помощью двумерных нефазированных матричных преобразователей - сравнительно новый метод неразрушающего контроля. Исторически сложилось так, что развитие ультразвуковых матричных преобразователей происходило лишь в области медицинских ультразвуковых исследования^ В то же время на ' применение фазированных преобразователей в неразрушающих исследованиях металов, твердых пластмассовых материалов и композитов, многих других материалов часто накладываются ограничения, обусловленные физической природой происходящих при этом явлений. С другой стороны, все же не всегда возможно для проведения подобных исследований использовать сложные системы с механическим сканированием. Таким образом, развитие нефазированных матричных преобразователей, состоящих из независимых элементов, является актуальной проблемой в областях, где необходимо быстро получать визуальные ультразвуковые изображения материалов, как в промышленности, так и во многих других областях деятельности, когда невозможно применить существующие методы. Одной из основных целей данной работы было развить математический аппарат для исследования процессов обработки сигнала и формирования изображений в таких системах. Представлена модель прохождения сигнала через сложную многослойную структуру с непараллельными границами раздела в приближении к плоской волне. Далее эта модель была усовершенствована в соответствии с преобразователями определенного размера и дефектами определенного размера, имеющимися внутри рассматриваемого модельного образца. Представлен новый метод получения структуры ультразвукового пучка в такой многослойной среде. Преимуществом разработанного метода является то, что
механизм Экхайзера. Термоэластической затухание происходит из-за необратимого оттока тепловой энергии из сжатых областей в разреженные. Это происходит только в продольной волне, поскольку поперечные волны не производят изменений элементарного объема среды. При конечных температурах во всех материалах имеется равновесное распределение термовозбужденных звуковх волн (фононов). Прохождение когерентно возбужденной акустической волны нарушает равновесие фононов, в результате чего поглощается, демпфируется энергия. Этот механизм известен как демпфирование Экхайзера (или фононовое демпфирование). В металлах преобладает механизм демпфирования, который зависит от типа акустической волны. Приблизительно наполовину наблюдаемое поглощение продольной волны определяется термоэластическими эффектами, а остальная часть -демпфированием Экхайзера. Для поперечных волн не происходит термоэластического демпфирования, а основной вклад вносит демпфирование Экхайзера.
В некристаллических материалах, которые состоят из мельчайших кристаллических зерен, ориентированных случайным образом, термоэластический механизм и механизм Экхайзера не играют значительной роли вплоть до частот, составляющих десятые доли гигагерца, большая часть затухания обусловлена рассеянием на мелких зернах материала. Как правило, существует множество различных экспериментальных кривых «частота-затухание».
Многочисленные прочие факторы могут влиять на затухание, такие как вихревые микротоки, потери, обусловленные трением в металлических материалах, полученных сжатием порошка; кавитация в жидкостях, ... взаимодействие проводящих электронов с полупроводниками, химические реакции, индуцируемые прохождением ультразвука и др.