Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Многоэлементные ультразвуковые преобразователи и методы расчета акустических полей 12
1.1 Преобразователи на фазированных решетках в неразрушающем контроле и диагностике 14
1.2 Артефакты ультразвукового изображения 20
1.3 Электромагнитно–акустические преобразователи в неразрушающем контроле 22
1.4 Методы расчета акустических полей
1.4.1 Расчет одноэлементных пьезоэлектрических преобразователей 26
1.4.2 Расчет многоэлементных пьезоэлектрических преобразователей 29
1.4.3 Вторичные лепестки в ДН ФР преобразователей 32
1.4.4 Расчет электромагнитно–акустических преобразователей 35
Выводы по главе 1. Формулировка цели и задач исследования 38
Глава 2 Физико–математическая модель расчета акустических полей многоэлементных преобразователей 39
2.1 Постановка задачи в общем виде 39
2.2 Особенности расчета фазированных решеток пьезоэлектрических преобразователей 44
2.3 Особенности расчета фазированных решеток ЭМАП 47
2.4 Алгоритм расчета 52
2.5 Программное обеспечение 56
Выводы по главе 2 66
Глава 3 Исследование акустических полей электромагнитно–акустических преобразователей 68
3.1 Синфазные ЭМАП 68
3.1.1 Формирование поля вихревых токов синфазными ЭМАП 68
3.1.2 Акустические поля синфазных ЭМАП 70
3.1.3 Влияние рабочей частоты ЭМАП на характеристики дифракционных лепестков 76
3.1.4 Влияние конструктивных особенностей синфазных ЭМАП на характеристики дифракционных лепестков 79
3.2 Противофазные ЭМАП 86
3.2.1 Формирование поля вихревых токов противофазными ЭМАП 87
3.2.2 Акустические поля противофазных ЭМАП 88
3.2.3 Влияние конструктивных особенностей противофазных ЭМАП на характеристики дифракционных лепестков 91
3.3 Влияние неравномерности зазора по апертуре ЭМАП 93
3.4 Экспериментальные исследования 3.4.1 Аппаратно–программные средства 97
3.4.2 Конструкции используемых ЭМАП 99
3.4.3 Результаты экспериментальных исследований 103
3.5 Проектирование ЭМАП поперечных волн горизонтальной поляризации для УЗ
структуроскопа СЭМА 106
Выводы по главе 3 113
Глава 4 Исследование акустических полей фазированных решеток пьезопреобразователей 115
4.1 Секторные фазированные УЗ медицинской диагностики 115
4.2 Секторные фазированные преобразователи в УЗ неразрушающем контроле 124
4.3 Влияние неисправностей элементов фазированной решетки на акустическое поле преобразователя 128
Выводы по главе 4 134
Заключение 136
Библиографический список
- Артефакты ультразвукового изображения
- Особенности расчета фазированных решеток пьезоэлектрических преобразователей
- Акустические поля синфазных ЭМАП
- Секторные фазированные преобразователи в УЗ неразрушающем контроле
Артефакты ультразвукового изображения
Главными ограничивающими факторами использования ЭМА-метода для промышленного использования являются низкие коэффициенты преобразования. Поэтому одним из направлений развития современных средств НК и методов диагностики, основанных на применении ЭМА-преобразования, является повышение эффективности ЭМАП за счет оптимизации систем подмагничивания [62, 74, 114, 115], разработки мощных генераторов, малошумящих усилителей [100, 101, 102, 104] и разработки новых методов цифровой обработки сигналов обработки сигналов [99], что позволяет существенно поднять уровень полезных информативных сигналов над уровнем шумов и повысить эффективность работы ЭМА- устройств.
Другими причинами ограниченности широкого использования ЭМА технологий в УЗК являются: - недостаточная теоретическая база об основных механизмах и эффективности ЭМА-преобразования в различных материалах [51, 52, 55, 57]; - сложность практической реализации ЭМАП для волн некоторых типов [30, 59, 101]; - сложность реализации высокой чувствительности метода к основным информативным параметрам акустических волн (скорость и затухание) [1, 32, 74, 78, 99, 100, 102]; - недостаточная экспериментальная база по влиянию структурного и сложного напряженно-деформированного состояния материала изделий и его дефектности на информативные параметры ЭМА-метода [21, 63, 64, 66, 67, 68].
Одним из ограничений является отсутствие данных по влиянию основных конструктивных параметров решетки ЭМАП на формирование их ДН для разработки методов расчета и проектирования элементов ЭМАП, построения ЭМА-трактов и разработки методик для реальных практических приложений.
Общепринятые понятия акустического поля - поле излучения, поле приема, зона Френеля или ближняя зона преобразователя, зона Фраунгофера или дальняя зона преобразователя, акустические центр и ось преобразователя, ДН преобразователя - приведены в работе [46].
Акустическое поле преобразователя чаще всего рассчитывают, считая, что последний состоит из большого числа элементарных излучателей-приемников, действие которых суммируют (интегрируют) [46]. Общепринято также, что направленность акустического поля сосредоточенного при излучении в жидкость описывается функцией () = 1 (ненаправленный сферический излучатель), либо () = cos() (дипольный излучатель) в зависимости от условий работы [46].
Отметим, что реальные функции направленности сосредоточенного источника в твердом теле [23] удовлетворительно описываются указанной функцией лишь для продольной волны в диапазоне малых углов и не удовлетворяют описанию поперечной волны. В последнее время появились подходы, позволяющие учитывать реальные функции направленности сосредоточенного источника в твердом теле при расчете ФР преобразователей [23, 36, 94].
Имеются основные рабочие формулы для расчета основных параметров акустического поля круглого излучателя, схематично представленного на рисунке (Рисунок 1.14) [46]. Граница между ближней и дальней зонами определяется последним максимумом амплитуды акустического поля вдоль акустической оси преобразователя и приближенно описывается выражением [46]: S пі L где Lбз – протяженность ближней зоны по акустической оси преобразователя, S – площадь пьезоэлемент, a – радиус пьезоэлемента, – длина волны. Поле излучения на акустической оси (а), схематичное изображение УЗ поля (б): распределение акустического поля (сплошная линия); конус расхождения УЗ луча в дальней зоне (штриховая линия). 0 – угол раскрытия ДН Для преобразователей прямоугольной формы для расчета протяженности ближней зоны используется корректирующий фактор k [46]: (1.5) L63 kai 4І где or7 - меньшая из сторон пьезопластины; к - корректирующий фактор (см. Рисунок 1.15). В основном лепестке, как правило, сосредоточено 80 % энергии поля. Существующие за его пределами боковые лепестки являются источниками помех. Наибольший их уровень дает первый боковой лепесток. Угол раскрытия ДН определяется выражением [46]: здесь п - численный коэффициент, определяемый уровнем амплитуды основного лепестка и формой пьезопластины (п = 0,61 для уровня 0 дБ).
Для некоторого расстояния х = г под углом к акустической оси амплитуда будет описывается некоторой функцией Ф(), называемой ДН. Рисунок 1.15 — Корректирующий фактор к для расчета протяженности ближней зоны прямоугольного преобразователя: а = а/а2 - отношение сторон при условии а2 aj
ДН поля излучения круглой пьезопластины при отношении диаметра к длине волны 2a/ = 5: а – в относительных единицах; б – в децибелах [46] Для преобразователей с пьезопластинами прямоугольной формы существует специальное выражение для расчета ДН в плоскостях размеров ay (полудлина) и az (полуширина) [46]:
Отметим, что формулы (1.6) - (1.8) не позволяют описать поле малоапертурного или низкочастотного преобразователя (при условии arcsin 1).
В работе Г.А. Буденкова [23] приведены выражения для ДН одноэлементных пьезоэлектрических преобразователей прямого и наклонного типов с пьезоэлементами круглой и прямоугольной форм с учетом ДН сосредоточенных источников в твердом теле. Существенно, что предложенный подход позволяет описать ДН преобразователей любых волновых размеров и любых типов объемных (продольных и поперечных) и поверхностных волн, которые в зависимости от условий контроля могут являться как полезными, так и мешающими.
Некоторые авторы учитывают в расчетах ДН преобразователей импульсный характер возбуждения [16, 17], учитывают различные формы пьезопластин [35], статическое давление преобразователя [38], ведут расчет малоапертурных преобразователей [42, 58].
Методы расчета многоэлементных УЗ преобразователей в виде ФР во многом заимствованы из теории радиолокации, где использование фазированных антенных решеток позволяет выполнять сканирование пространства с очень высокой скоростью и точностью [4, 109]. В ряде исследований [119, 122, 125, 132, 135, 138, 152] рассмотрено появление вторичных лепестков в ДН радиоантенн и способы борьбы с ними.
В теории радиолокационных фазированных антенных решеток ДН рассчитывается как поле излучения синфазной антенны с равномерным амплитудным распределением по схеме, указанной на рисунке (Рисунок 1.17) [4].
Считается, что антенны состоят из одинаково ориентированных и расположенных линейно на одинаковом расстоянии d друг от друга вибраторов имеющих одинаковые ДН, расстояния от излучателя до точки расчета и излучающие в точку расчета под оди зо наковым углом - п\\г2\\г31... \\гп. Тогда суммарное поле Е в точке наблюдения от всей антенны будет описываться в общем случае выражением [4]: где A – постоянный (амплитудный) множитель, не зависящий от углов , ; f1(,) – ДН эквивалентного излучателя в решетке, которая принимается в рамках приближенной теории, одинаковой для всех излучателей, k – волновое число, rn – расстояние от n–го излучателя до точки наблюдения.
Особенности расчета фазированных решеток пьезоэлектрических преобразователей
Применение теории ФР к ЭМА преобразователям усложняется тем, что функция направленности сосредоточенного источника определяется также механизмом возбуждения упругих волн, ориентацией поля подмагничивания и зазором между индуктором и ОК.
Таким образом, адекватное описание модели формирования ДН ФР должно учитывать наряду с геометрическими размерами и рабочей частотой преобразователя, количество элементов в матрице, конструктивные особенностями ее изготовления и возможными неисправностями в отдельных приемо–передающих цепях ФП. Для подавления дифракционных лепестков на этапе разработки и проектирования ФР УЗ преобразователей необходимо выявить закономерности их возникновения в ДН ФП как для продольной, так и для поперечной волн, которые описываются существенно различными закономерностями.
Представляется актуальным исследование основных особенностей формирования акустических полей ФП с позиций формирования боковых и дифракционных лепестков, влияния на них частоты, размеров апертуры, количества элементов, конструктивных особенностей, угла прозвучивания, так как оптимальное проектирование многоэлементных преобразователей может исключить большинство проблем связанных со вторичными лепестками. Выводы по главе 1. Формулировка цели и задач исследования
В литературе отсутствуют обобщенные модели формирования акустических полей ФР пьезоэлектрических и ЭМА–преобразователей, позволяющие учесть конструктивные параметры ФР (апертура, количество элементов и зазоры между ними, зазор между ЭМАП и ОК), параметры возбуждения (рабочая частота, амплитудное распределение силового воздействия, фокусировка, угол ввода, режим работы, механизм возбуждения), упругие и электромагнитные свойства ОК, типы излучаемых волн, возможные перекосы относительно поверхности в возможные неисправности отдельных элементов решетки.
Отсутствие закономерностей появления дифракционных лепестков в ДН ФР преобразователей и влияния на формирование ДН конструктивных особенностей ФР не позволяет разработать научно–обоснованные подходы к оптимизации конструктивных параметров многоэлементных УЗ преобразователей на ФР при их проектировании для достижения требуемой ДН, заключающейся в минимизации ширины основного лепестка, полном устранении дифракционных лепестков, подавлении боковых лепестков.
Целью диссертационной работы является: моделирование акустических полей многоэлементных фазированных УЗ преобразователей для НК и диагностики и исследование влияния их конструктивных параметров на появление дифракционных лепестков для выработки научно–обоснованных рекомендаций при их проектировании.
В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие задачи: 1. Разработка обобщенной физико–математической модели формирования акустических полей объемных волн многоэлементных УЗ преобразователей пьезо– и ЭМА–типов. 2. Разработка программного обеспечения для расчета акустических полей УЗ преобразователей пьезо– и ЭМА–типов. 3. Исследование влияния конструктивных и физических параметров многоэлементных УЗ преобразователей на формирование дифракционных лепестков в акустическом поле. 4. Формирование научно–обоснованных рекомендаций по проектированию многоэлементных УЗ преобразователей. Глава 2 Физико–математическая модель расчета акустических полей многоэлементных преобразователей
Как следует из главы 1, для адекватного моделирования акустических полей многоэлементных ЭМА- и пьезопреобразователей в ближней и дальней зонах модель должна учитывать акустические поля сосредоточенных источников, конструктивные параметры ФР, параметры возбуждения, свойства ОК, типы излучаемых волн. Теория сосредоточенных источников, развиваемая в научной школе ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, позволяет разработать такие подходы к расчету и исследованию ДН многоэлементных преобразователей.
В данной главе рассматривается физико–математическая модель расчета акустических полей многоэлементных УЗ преобразователей, обобщенная на случай произвольных типов преобразователей (СФ и ПФ ЭМАП, пьезоэлектрические преобразователи) различных сред (жидкости и твердые тела) и типов упругих волн (продольные и поперечные), учитывающая акустические свойства среды распространения УЗ волн; конструктивные параметры УЗ преобразователей (апертура, количество элементов в решетке и зазоры между ними, зазор между ЭМАП и ОК); параметры возбуждения (рабочая частота, амплитудное распределение силового воздействия, фокусное расстояние, направление прозвучивания, режим работы), возможные перекосы ЭМАП относительно ОК; возможные неисправности отдельных элементов ФП. Предложенные модели описаны в работах [71, 73, 75].
Фазированный УЗ пьезоэлектрический преобразователь представляет собой линейную антенную решетку полосковых пьезоэлементов шириной апертуры a, содержащей N элементов шириной e каждый с зазором между ближайшими элементами g и периодом решетки p, имеющих слабо выраженную направленность в плоскости сканирования луча, расположенных эквидистантно в одной плоскости (Рисунок 2.1) [75].
Акустические поля синфазных ЭМАП
Влияние на ДН продольной и поперечной волн числа элементов N (периода решетки р) при фиксированных размерах единичного элемента е и апертуры а ЭМАП показано на рисунке (Рисунок 3.11). Увеличение числа элементов с 6 до 8 элементов также уменьшает уровень дифракционных лепестков от значения 0,8UMt до 0,1UMt для поперечной волны и от значения 0,2UMI до практически нуля для продольной волны.
В работе исследованы обобщенные зависимости уровня дифракционных лепестков от конструктивных параметров решетки ЭМАП - зазора h между ЭМАП и ОК (Рисунок 3.12); ширины единичного элемента решетки е (Рисунок 3.13); от числа элементов в решетке N при фиксированном g (Рисунок 3.14) на различных частотах/в сравнении с амплитудой основного и бокового лепестков. Увеличение ширины единичного элемента, увеличение зазора, снижение рабочей частоты снижает уровень дифракционных лепестков. Амплитуда дифракционных лепестков неоднозначно зависит от параметра решетки N: имеются области недопустимых значений N, при которых уровень дифракционных лепестков максимален. Отметим, что при прочих равных условиях выраженность дифракционных лепестков в поле поперечной волны СФ ЭМАП более существенна.
Описанные ДН и исследованные закономерности справедливы для дальней зоны ЭМАП. В ближней зоне акустическое поле существенно искажено, и изменяется с рас 82 стоянием (Рисунок 3.15). В работе исследованы особенности формирования ближней зоны ЭМАП, в частности показано, что в отличие от прямоугольного пьезопреобразова-теля, протяженность ближней зоны которого зависит от частоты и апертуры преобразователя, последняя определяются также конструктивными параметрами решетки и может увеличиваться до 30% при уменьшении на порядок (с 2 мм до 0,2 мм) ширины единичного элемента ЭМАП, при этом интерференционные минимумы и максимумы в ближней зоне становятся выраженными более существенно. Отметим, размер ближней зоны ФР зависит также от конструктивных особенностей матрицы, в частности от величины зазора d между ее отдельными элементами (Рисунок 3.16).
Зависимость уровня дифракционных лепестков в ДН продольных (а) и попеоенчых (б) волн синфазного ЭМАП от зазора между ЭМАП и объектом контроля (параметра решетки h) на различных частотах f: a = 13 мм, e = 0,2 мм, r = 100 мм, N = 6
Основные закономерности формирования ДН синфазных ЭМАП от их конструктивных параметров и рабочей частоты сведены в таблицу (Таблица 3.1). Считается, что изменение одного из параметров предполагает постоянство остальных.
Таким образом, разработанная модель расчета акустических полей ЭМАП, основанная на представлении индуктора в виде решетки синфазных излучателей, позволяет учесть влияние конструктивных элементов ЭМАП на его акустическое поле и может быть использована при проектировании конструкции ЭМАП с позиций оптимизации зазора, апертуры, числа и параметров элементов индуктора и требуемой ДН.
ИзменяемыйпараметрЭМАП Увеличениерабочейчастоты f Увеличение зазора h Увеличениеширины единичного элемента e Увеличение апертуры a Увеличениеколичестваэлементов N
Известно, что ЭМА способом в металлах успешно возбуждаются и регистрируются импульсы различных типов упругих волн: продольные и сдвиговые вертикальной и горизонтальной поляризаций по нормали и под любым углом к поверхности, а также волны Рэлея, Лэмба и Похгаммера. В отличие от синфазных ЭМАП, предназначенных для излучения объемных волн по нормали к поверхности и используемых, как правило, в толщинометрии и структуроскопии [63, 64, 66, 68], противофазные ЭМАП служат для излучения объемных волн под углом к поверхности, за счет создания фазового сдвига между однонаправленными проводниками индуктора и используются, как правило, в дефектоскопии стального проката, рельсов, листов [64, 67]. Так как влияние на ДН раз 87 личных конструктивных особенностей противофазного ЭМАП является неоднозначным, что требует определенных компромиссов при его конструировании, представляется целесообразным исследование влияния каждого из влияющих факторов.
В случае представления в виде решетки элементов противофазного ЭМАП, картина распределения вихревых токов меняется кардинально (Рисунок 3.17) [79]. Так, при количестве элементов N = 7 и при расстоянии между отдельными элементами, равном ширине отдельного элемента, g=e=1 мм выраженность противофазного распределения вихревых токов наблюдается при любых рассмотренных зазорах, хотя имеется некоторая асимметрия между положительными и отрицательными значениями, увеличивающаяся по краям решетки и при больших зазорах (h = 2 мм), что может приводить к искажениям в формировании ДН.
Распределение плотности пондеромоторных сил F0 вдоль оси х для решетки противофазных ЭМАП при различных зазорах h между индуктором и ОК: e = 1 мм, g = 1 мм (а); e = 1 мм, g = 0,5 мм (б) Уменьшение расстояния между отдельными элементами g в 2 раза (до 0,5 мм) (Рисунок 3.17,б) формирует требуемое поле вихревых токов только на нулевом зазоре. Увеличение h до 2 мм приводит к отсутствию выраженности противофазного распределения (наблюдается только отрицательная компонента). При таком распределении формирование требуемой ДН (под углом к поверхности) невозможно. Таким образом, требуемое направление основного лепестка ДН обеспечивается минимальным зазором, при этом противофазные излучатели требуют максимального расстояния между отдельными элементами решетки [79].
В качестве примера на рисунке (Рисунок 3.18) представлены результаты расчета ДН и визуализации акустического поля противофазного ЭМАП на частоте /= 2,5 МГц, при h = 0,2 мм, е = 1,0 мм, р = 2,0 мм, N = 7, иллюстрирующие достаточно оптимально сформированные ДН продольных и поперечных волн с двумя четко выраженными основными лепестками Mt и М/ под углами QMt = ±20 и 9М/ = ±38, симметричными относительно оси преобразователя.
В соответствии с представленными зависимостями формула (3.1) может быть представлена в расширенном виде: где т = 0 соответствует основному лепестку ДН 9М; т = 1, 2, 3 и т.д. - дифракционным лепесткам 9G. Сплошными кривыми на рисунке (Рисунок 3.19) обозначены углы появления дифракционных лепестков, построенные в соответствии с расчетной формулой (3.2). Описываемые этой формулой направления основных и дифракционных лепестков тем ближе к модельным представлениям, чем больше апертура преобразователя а и ширина элемента решетки е и чем меньше зазор к
Для продольных волн наблюдается однозначная закономерность уменьшения угла дифракционных лепестков и увеличения их амплитуды с увеличением частоты. Так, изменение частоты в диапазоне 2 - 10 МГц при постоянстве апертуры а = 13 мм приводит к увеличению количества дифракционных лепестков до 3 и росту их амплитуды от 0,1 до 1,0 в сравнении с амплитудой основного.
Секторные фазированные преобразователи в УЗ неразрушающем контроле
Помимо влияния конструктивных параметров, на ухудшение качества изображения влияет также неисправности отдельных элементов УЗ датчиков, обусловленные выгоранием отдельных элементов матрицы датчика вследствие перегрузок и старения; обрывом контактного провода от металлизированной поверхности пьезоэлемента вследствие вибрационных и тепловых нагрузок и старения; переломом токоведущих проводов датчика от головки до контактной группы; пропаданием контакта либо внутри датчика, либо внутри контактной колодки, вследствие механических воздействий; нарушением герметичности датчика, вследствие чего внутрь датчика попадают пузырьки воздуха и др. [44, 82]. При этом работоспособность датчика в целом не нарушается.
Все возникшие дефекты можно разделить на две группы - естественное старение и дефекты, связанные с нарушением правил и условий эксплуатации датчиков.
Естественное старение - процесс, которому подвержены все пьезокристаллы. Старение связано с нарушением структуры самого кристалла, прежде всего под действием температуры. При этом меняется чувствительность каждого отдельно взятого элемента, причем величина падения чувствительности может меняться от элемента к элементу. Нарушение однородности чувствительности элементов приводит к уменьшению отношения сигнал-шум, снижет динамический диапазон и разрешающую способность, приводит к возникновению артефактов на изображении, которые могут трактоваться как ложная патология пациента. Для современных датчиков естественный срок службы составляет 2–5 лет и зависит от условий эксплуатации, интенсивности использования и производителя. Датчик стареет гораздо раньше, чем сам УЗ аппарат, поэтому является расходным материалом.
Нарушение условий эксплуатации приводит к разрушению кристалла даже при легких ударах. Перегрев датчика также приводит к нарушению структуры кристалла и потере работоспособности. Недопустима термическая стерилизация или кипячение датчика. Для предотвращения перегрева необходимо переводить УЗ сканер в режим «Freeze», в котором датчик не излучает акустического сигнала, и, следовательно, не нагревается. Поломка или разрыв кабеля происходит достаточно часто в месте крепления кабеля к сканирующей головке. В этом месте происходят постоянный перегиб кабеля, несмотря на наличие дополнительного защитного рукава. Ситуацию может усугубить попадание геля в эту область, что приводит к отверждению изоляции кабеля и самого рукава. При потере эластичности кабель становится хрупким, изоляция ломается и тонкие провода рвутся в месте перегиба. Повреждения акустической линзы при механическом воздействии имеют место при контакте с телом пациента, при удалении остатков геля с датчика. Отслоение линзы приводит к нарушению отвода тепла от кристалла, что приводит к перегреву его элементов в месте отслоения линзы.
В данном разделе представлены результаты исследования влияния неисправностей отдельных элементов матрицы фазированного датчика на формирование его акустического поля. Результаты данного исследования приведены в работе [70].
Исследования влияния неисправностей ФР на ДН проведены на примере секторного преобразователя для медицинской диагностики GE 3S–RS в режиме фокусировки на расстоянии 100 мм в диапазоне углов от 0 до 45 при зазоре между пьезоэлементами g = 0,01 мм.
На рисунке (Рисунок 4.12) приведены результаты исследований влияния на ДН неисправностей датчика в виде отключенных единичных элементов для преобразователей на различных частотах, с различным количеством элементов, для различных углов сканирования. Исследования показали, что наибольшее искажение ДН претерпевает, когда дефектные элементы находятся ближе к центру матрицы ФР и при симметричном отключении элементов, в этом случае наблюдается рост как боковых, так и дифракционных лепестков.
Отключение элементов с разных сторон не существенно изменяет ДН даже при ненулевых углах сканирования (изменяется симметричность расположения малых боковых лепестков). Несимметричная неисправность может вести к отклонению угла скани 131 рования. Искажения в ДН преобразователя тем существеннее, чем меньше количество элементов в матрице (Рисунок 4.12,б) и чем выше рабочая частота преобразователя.
Наиболее наглядное влияние неисправностей на ДН ФП иллюстрирует рисунок (Рисунок 4.13), показывающий акустическое поле ФП с углом сканирования 15 для ФП с малым количеством элементов (N = 32) и на высокой частоте f = 4 МГц. Наблюдается формирование дифракционных лепестков G с амплитудой выше основного лепестка M, при этом неисправность преобразователя в виде четырех отключенных элементах по центру ведет к появлению ряда высокоамплитудных боковых лепестков S. Расчеты показывают, что неисправности датчика в виде отключенных элементов не приводят к возникновению дифракционных лепестков, но существенно увеличивают уровень боковых лепестков в ДН. Отметим, что отключение элементов наименее искажает акустиче ское поле в зоне фокуса, и более существенно – вне фокусного расстояния.
Результаты исследования показывают, что появление неисправностей УЗ преобразователей особенно по центру ФР ведет к появлению высокоамплитудных боковых ле 132 пестков, наиболее искажается акустическое поле вне фокусного расстояния, для ФР с малым количеством элементов, при высоких частотах, на больших углах сканирования. На рисунках (Рисунок 4.14 – Рисунок 4.16) представлены результаты обобщенных исследований по влиянию неисправностей на уровень боковых лепестков неисправностей в зависимости угла сканирования (Рисунок 4.14), от количества неисправных элементов (Рисунок 4.15), от количества неисправных элементов на различных частотах. Отметим, что уровень боковых лепестков в случае исправного преобразователя находится в диапазоне 20–25% от амплитуды основного лепестка (Рисунок 4.15) при любых частотах и любых углах сканирования.
Согласно рисунку (Рисунок 4.14), появление неисправностей элементов в ФР ведет к увеличению роста боковых лепестков (более чем в 2 раза при Nоткл=8), при этом рост тем существеннее, чем выше частота и больше углы сканирования.
