哪种相控阵探头适合您的全聚焦方式检测?

超声检测的基本原理仍然适用

首先请切记：全聚焦方式（TFM）与传统的超声检测（UT）和相控阵（PA）技术受相同的物理定律制约。相控阵电子聚焦将探头上各个晶片产生的众多波前汇聚在一个小区域内，这个小区域称为焦点。这种汇聚只能在相控阵探头的近场内实现。

近场的终端对应于压力场在非聚焦超声束的传播轴方向上的最后最大值。它由探头参数定义，如：晶片大小、探头频率，以及材料声速等。在PA（相控阵）检测中，近场是声波可以聚焦的区域。在这个范围之外的声波被认为是不聚焦的，正如传统的UT（超声检测）一样，PA（相控阵）声波的波幅和分辨率也会随着声程的延长而降低。相同的聚焦和近场限制也适用于全聚焦方式（TFM），这意味着适用于PAUT（相控阵超声检测）的定律同样适用于TFM。

在探头特性方面的考虑以及针对聚焦能力的权衡

探头频率、晶片大小和晶片数量是影响检测设置和检测质量的几个因素。例如，由于近场长度与探头频率和孔径大小直接成正比，具有较高频率和较大激发孔径的探头能够在距离探头面更远的位置聚焦，从而可提供更大的聚焦区域，并改善TFM的成像效果。另一方面，近表面分辨率则会变差。

由于所涉及到的各种变量，依靠实验性检测为TFM设置确定理想探头的做法不太切合实际。这也突出说明为什么建模工具对TFM检测配置至关重要。

在为TFM检测选择探头时使用建模工具的必要性

OmniScan X3探伤仪的机载声学影响图（AIM）建模工具有助于预测即将生成的TFM信号的质量。声学影响图显示某种特定的探头和楔块组合在使用某个选定的声波组对某个反射体进行检测时会产生的预期超声响应。借助这种方式，您可以做出正确的选择，包括为您的设置选择合适的探头和楔块。

如果把声学影响图看成是一张可以清楚显示最强波幅响应位置的热图，那么灵敏度指数，就如同最高温度值。对于“热”的程度没有硬性限制，但是越热越好。通过比较使用不同参数组（即所选探头、楔块、反射体形状和角度、声波组等参数）所生成的不同声学影响图的预测灵敏度指数，您可以清楚地了解到哪种配置最能满足您的检测需求。

声学影响图（AIM）：探头间距影响TFM检测灵敏度的示例

以下屏幕截图是一些AIM模拟图。生成模拟图所用的探头频率（5 MHz）及其他设置都相同，只有晶片大小（间距）不同。在本例中，当晶片尺寸在活动轴上增加时，其灵敏度指数也会相应提高。

5L64-A32探头型号：32 × 10毫米总激发孔径，0.5毫米晶片间距，10毫米晶片高度，TT脉冲回波声波组，灵敏度指数：20.14

5L64-A12探头型号：38.4 × 10毫米总激发孔径，0.60毫米晶片间距，10毫米晶片高度，TT脉冲回波声波组，灵敏度指数：30.21

5L64-NW1探头型号，64 × 7毫米总激发孔径，1.00毫米晶片间距，7毫米晶片高度，TT脉冲回波声波组，灵敏度指数：42.54

声学影响图（AIM）：探头频率影响灵敏度和覆盖范围的示例

探头频率会影响AIM模拟图，并最终影响到TFM检测：探头频率越高，从近场到远场的过渡位置就越远。请注意，在下面的示例中，较高频率探头的灵敏度指数值较高，其AIM着色在整个声束反射区域也更加一致，这意味着随着声程的延长，其波幅变化较小，因而其信号指示大小的变化也较小。

5L64-A32探头型号：5 MHz频率，32 × 10毫米总激发孔径，0.5毫米晶片间距，10毫米晶片高度，TT-TT声波组，灵敏度指数：18.68

0L64-A32探头型号：10 MHz频率，32 × 10毫米总激发孔径，0.5毫米晶片间距，10毫米晶片高度，TT-TT声波组，灵敏度指数：27.38

适当的准备工作和完善的TFM扫查计划，除了要使用如AIM的实用性建模工具外，还应该包括探头策略和可行性测试，以确保充分覆盖感兴趣区域，并获得优质信号。