64阵元高强度聚焦超声相控换能器的仿真研究 被引量：6

1

作者 周文征 王意喆 +2 位作者 张千 薛凡凡 菅喜岐 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2014年第3期424-427,共4页

超声相控换能器具有焦距可调,多焦点聚焦的特性。以64阵元球面相控换能器为例,利用Westervelt声波非线性传播方程及时间反转法（TR）对64阵元圆形相控换能器在水中不同焦点处形成的焦域声压分布进行时域有限差分法（FDTD）仿真研究。研... 超声相控换能器具有焦距可调,多焦点聚焦的特性。以64阵元球面相控换能器为例,利用Westervelt声波非线性传播方程及时间反转法（TR）对64阵元圆形相控换能器在水中不同焦点处形成的焦域声压分布进行时域有限差分法（FDTD）仿真研究。研究结果表明,频率为0.5-0.8 MHz时自聚焦形成的焦距均小于球面几何焦距;单焦点聚焦时,随着焦点偏离声轴的距离增大,焦点处的最大声压逐渐降低,随着焦距增大,旁瓣与主瓣最大声强比值先减小后增大;频率为0.7MHz,双焦点聚焦时,在焦点间设定距离〉7mm的条件下,焦点间旁瓣很小,当焦点间距离≤2.5mm时,两焦域融合成单一焦域。 展开更多

关键词 高强度聚焦超声(HIFU) 相控换能器 Westervelt 时域有限差分 时间反转法 旁瓣

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基于时间反转法的相控换能器声场的仿真研究 被引量：4

2

作者 韩珍珍 丁鑫 +1 位作者 罗明艳 菅喜岐 《应用声学》 CSCD 北大核心 2015年第4期344-350,共7页

相控换能器具有焦距可调的优势。本文以82阵元相控换能器建立的3D数值仿真模型为例,基于时间反转法提取阵元的激励信号,利用时域有限差分(FDTD)法对Westervelt声波非线性传播方程进行声场数值仿真,研究不同阵元分布、焦点偏离声轴的距... 相控换能器具有焦距可调的优势。本文以82阵元相控换能器建立的3D数值仿真模型为例,基于时间反转法提取阵元的激励信号,利用时域有限差分(FDTD)法对Westervelt声波非线性传播方程进行声场数值仿真,研究不同阵元分布、焦点偏离声轴的距离、设定焦距大小对形成声场的影响,可调控范围及其消除旁瓣方法。研究结果表明,随机分布相控阵可明显降低声场中的旁瓣;随着偏离声轴距离的增加,主瓣声压幅值逐渐减小,旁瓣与主瓣的最大声强比值r逐渐增大,且沿声轴的可调控范围逐渐减小;随声轴方向上设定焦距的增加,主瓣声压幅值先增大后减小,r值先减小后增大;基于时间反转法的高声压旁瓣消除法可在一定程度上扩大相控阵声场的可调控范围。 展开更多

关键词 高强度聚焦超声 相控换能器 阵元分布 时间反转法 高声压旁瓣消除法

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HIFU经颅治疗中降低颅骨声压的仿真研究 被引量：3

3

作者 王意喆 张千 +1 位作者 周文征 菅喜岐 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2014年第5期209-213,共5页

研究颅骨超声治疗声压和温度预测问题,高强度聚焦超声(high-intensity focused ultrasound,HIFU)经颅脑肿瘤治疗中,由于在颅骨处可能形成声压和温度较高的热点,引起颅骨及周边组织损伤。为解决上述问题,利用Westervelt声传播方程近似式... 研究颅骨超声治疗声压和温度预测问题,高强度聚焦超声(high-intensity focused ultrasound,HIFU)经颅脑肿瘤治疗中,由于在颅骨处可能形成声压和温度较高的热点,引起颅骨及周边组织损伤。为解决上述问题,利用Westervelt声传播方程近似式及Pennes生物热传导方程,以凹球面八圆环相控换能器和人体头颅CT数据建立的仿真模型为例,结合时间反转法,分析讨论经颅HIFU形成的声压场和温度场。研究结果表明,降低热点声压及温升的同时可实现在颅内目标靶区中聚焦;在该数值仿真模型中,在凹球面八圆环相控换能器的一维可变焦范围内均可实现颅内聚焦和颅骨热点处声压和温升的降低。 展开更多

关键词 高强度聚焦超声 相控换能器 经颅聚焦 时间反转 热点消除

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相控阵激励信号对经颅HIFU焦域影响的仿真研究

4

作者 丁鑫 韩珍珍 菅喜岐 《天津医科大学学报》 2015年第4期355-360,共6页

目的:研究相控阵激励信号对高强度聚焦超声(HIFU)经颅骨聚焦形成焦域的影响,解决HIFU经颅聚焦焦点偏离并对颅骨及其周边组织造成热损伤的问题。方法:基于时间反转法提出利用互相关关系调制阵元激励信号相位及幅值的方法,根据临床实际建... 目的:研究相控阵激励信号对高强度聚焦超声(HIFU)经颅骨聚焦形成焦域的影响,解决HIFU经颅聚焦焦点偏离并对颅骨及其周边组织造成热损伤的问题。方法:基于时间反转法提出利用互相关关系调制阵元激励信号相位及幅值的方法,根据临床实际建立人头颅CT数据和相控阵的三维头颅数值仿真模型,以时域有限差分法数值仿真HIFU经颅形成的声压及温度场,分析相控阵激励信号对HIFU经颅形成焦域的影响。结果:通过调制相控阵激励信号的相位,可使HIFU在设定焦点处聚焦;通过调制激励信号的幅值,可使焦点处最大声压和最高温度升高;通过调制不同环阵元激励信号的幅值,可降低聚焦时颅骨处的温度。结论:调制相控阵激励信号可实现经颅HIFU精准高效聚焦,增大在焦点处的声能量聚积;调制不同环阵元激励信号的幅值,可降低颅骨的温度,防止对颅骨周边组织造成热损伤。 展开更多

关键词 高强度聚焦超声 经颅聚焦 相控换能器 激励信号 时间反转

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经颅脑肿瘤HIFU治疗技术的研究现状

5

作者 韩珍珍 菅喜岐 《生命科学仪器》 2015年第2期7-13,38,共8页

高强度聚焦超声作为一种非侵入性、无毒副作用的肿瘤治疗手段,目前已应用于乳腺癌、子宫肌瘤等的临床治疗。但对无创经颅高强度聚焦超声脑肿瘤治疗而言,由于颅骨的非均质结构及其声学特性导致经颅超声的相位和幅值失真,引发颅内散焦、... 高强度聚焦超声作为一种非侵入性、无毒副作用的肿瘤治疗手段,目前已应用于乳腺癌、子宫肌瘤等的临床治疗。但对无创经颅高强度聚焦超声脑肿瘤治疗而言,由于颅骨的非均质结构及其声学特性导致经颅超声的相位和幅值失真,引发颅内散焦、焦点偏移和颅骨周围正常组织损伤等临床问题的发生。近年来随着经颅超声相控换能器及其控制技术的发展,高强度聚焦超声经颅脑肿瘤治疗成为可能。本文就近年来经颅脑肿瘤HIFU治疗的相关技术进行综述。 展开更多

关键词 相控换能器 经颅治疗 时间反转法 阵元参数

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半球形高强度聚焦超声相控换能器的仿真研究 被引量：1

6

作者 吴世敬 常诗卉 +1 位作者 王鹏 菅喜岐 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2017年第6期893-898,共6页

大开口半球形相控换能器能够最大化覆盖颅骨表面,使超声能量尽可能多地穿越颅骨到达治疗靶区,从而避免颅骨处能量沉积。该文基于人体头颅结构建立三维高强度聚焦超声(HIFU)经颅传播模型,利用时域有限差分法(FDTD)结合Westervelt声波非... 大开口半球形相控换能器能够最大化覆盖颅骨表面,使超声能量尽可能多地穿越颅骨到达治疗靶区,从而避免颅骨处能量沉积。该文基于人体头颅结构建立三维高强度聚焦超声(HIFU)经颅传播模型,利用时域有限差分法(FDTD)结合Westervelt声波非线性传播方程和Pennes生物热传导方程进行温度场数值仿真,首先研究小开口换能器的阵元信号激励频率、激励面积比、阵元半径和阵元数对其形成温度场的影响及变化规律,其次将这些规律应用于大开口换能器,并对其形成温度场特性进行研究。小开口换能器结果表明,在一定频率范围内,焦域中心温度随激励频率增加而升高,而54℃以上区域长轴长逐渐减小,短轴长基本无变化;激励总功率一致时,激励面积比越大,焦域中心温度越高,54℃以上区域长轴、短轴较长;使用小开口直径换能器模型筛选的阵元激励频率和激励面积比可应用于设计大开口换能器,为大开口换能器的开发提供结构参数。 展开更多

关键词 高强度聚焦超声(HIFU) 半球形相控换能器 经颅治疗 温度场 时域有限差分法(FDTD)

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柔性相控阵换能器用于形状不规则工件的超声检测 被引量：5

7

作者 李衍 《无损探伤》 2013年第5期1-5,共5页

介绍灵巧的二维和三维柔性相控阵换能器,用于检测几何形状复杂的工件中裂纹类面状缺陷的方法特征和优势。新的实时功能,能重建内外表面轮廓;全点聚焦(FTP)法,能有效改善内表面开口裂纹的成像效果。期盼此法为复杂结构的超声检测开辟新... 介绍灵巧的二维和三维柔性相控阵换能器,用于检测几何形状复杂的工件中裂纹类面状缺陷的方法特征和优势。新的实时功能,能重建内外表面轮廓;全点聚焦(FTP)法,能有效改善内表面开口裂纹的成像效果。期盼此法为复杂结构的超声检测开辟新通道。 展开更多

关键词 超声波 柔性相控阵换能器 不规则形状 裂纹检测 成像算法

原文传递

一种7.5F自研心腔内超声动物实验

8

作者 冯文慧 何精才 +1 位作者 曹琴 周欣欢 《中国医疗设备》 2024年第1期24-28,共5页

目的 验证心腔内超声(Intracardiac Echocardiography,ICE)成像系统应用于动物实验的性能及其安全性。方法 用标准超声体模测试ICE系统的成像深度以及分辨率,再对巴马猪活体进行ICE成像,评估成像视野及分辨率,同时评价导管通过性、调弯... 目的 验证心腔内超声(Intracardiac Echocardiography,ICE)成像系统应用于动物实验的性能及其安全性。方法 用标准超声体模测试ICE系统的成像深度以及分辨率,再对巴马猪活体进行ICE成像,评估成像视野及分辨率,同时评价导管通过性、调弯操作性及安全性,并与商业化ICE系统进行对比。结果 自研的ICE成像系统最大探测深度≥60 mm,轴向与侧向分辨率均≤1.0 mm。活体ICE成像中,两种导管均于数字减影血管造影引导下顺利经股静脉进入右心房,且通过手柄调整导管头端角度均可显示目标切面。心腔结构清晰可辨,噪声较小,自研ICE系统成像质量与商业化ICE系统接近。操作后实验猪均健康存活,未见介入相关损伤。结论 自研7.5F ICE导管系统性能稳定、安全,操作便利。 展开更多

关键词 心腔内超声 心脏介入手术 相控阵换能器 介入导管

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基于2-2型压电陶瓷复合材料的三匹配层宽带医用超声相控阵换能器研制 被引量：4

9

作者 张浩 赵程 +1 位作者 史秀梅 曾涛 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期88-92,共5页

选用2-2型压电陶瓷复合材料,利用三匹配层设计方案和KLM模型优化方法研制三匹配层结构的宽带医用相控阵换能器;根据设计参数,实际制作医用相控阵换能器。结果表明:实际制作的医用相控阵换能器的中心频率为2.95MHz,-6dB相对带宽约为83.2%... 选用2-2型压电陶瓷复合材料,利用三匹配层设计方案和KLM模型优化方法研制三匹配层结构的宽带医用相控阵换能器;根据设计参数,实际制作医用相控阵换能器。结果表明:实际制作的医用相控阵换能器的中心频率为2.95MHz,-6dB相对带宽约为83.2%,与理论设计结果(3.05MHz,87.8%)基本一致,符合设计要求。该换能器有望用于对心脏疾病的显像诊断。 展开更多

关键词 医用相控阵换能器 带宽 三匹配层结构

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超声环形相控阵换能器在锻件探伤中的应用 被引量：1

10

作者 莫瑕琳 《无损检测》 北大核心 2006年第2期81-83,共3页

扼要介绍超声相控阵技术的发展及原理。着重介绍10A16E32环形相控阵换能器的原理、聚焦特性及其在航空锻件水浸超声波探伤中的应用。对比试验和应用实例表明,环形相控阵检测速度快、灵敏度高、有效探伤深度范围大。

关键词 超声检测 相控阵换能器 聚焦 锻件

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柔性相控阵动态聚焦理论与仿真 被引量：2

11

作者 王中亚 刘欣平 +3 位作者 史猛 李晓利 闫浩明 赵新玉 《声学技术》 CSCD 北大核心 2019年第5期585-589,共5页

曲面构件被广泛应用在各个领域的关键部位,一旦出现质量问题将造成不可估量的后果,为确保曲面构件在服役期间安全可靠,对其定期进行无损检测尤为重要。因超声相控阵技术检测灵敏度高、速度快,适用于曲面构件的快速检测,特别是柔性相控... 曲面构件被广泛应用在各个领域的关键部位,一旦出现质量问题将造成不可估量的后果,为确保曲面构件在服役期间安全可靠,对其定期进行无损检测尤为重要。因超声相控阵技术检测灵敏度高、速度快,适用于曲面构件的快速检测,特别是柔性相控阵换能器的成功研制满足了复杂曲面构件的检测需求,但目前仍缺乏相应的理论支撑。因此,提出了复杂曲面柔性相控阵动态聚焦理论,并建立有限元声场时域仿真模型。结果表明,基于所提出的聚焦理论,采用柔性相控阵换能器可解决复杂曲面构件内部微小缺陷检测难题,为柔性相控阵换能器参数设计提供了理论依据,推动了柔性相控阵换能器的应用与发展。 展开更多

关键词 柔性相控阵换能器 动态聚焦 时域仿真研究

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经颅超声刺激人脑海马的数值仿真研究

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作者 张默涵 张艳秋 +2 位作者 凌子超 王佩国 菅喜岐 《应用声学》 CSCD 北大核心 2023年第2期393-405,共13页

颞叶癫痫、阿尔兹海默症等神经系统疾病与大脑海马的异常放电相关。近年兴起的经颅超声刺激治疗脑疾病具有无创、能深入脑组织和可调控海马神经元放电的特点。该文基于128阵元相控阵换能器、人头颅CT数据、水体建立超声经颅刺激海马数... 颞叶癫痫、阿尔兹海默症等神经系统疾病与大脑海马的异常放电相关。近年兴起的经颅超声刺激治疗脑疾病具有无创、能深入脑组织和可调控海马神经元放电的特点。该文基于128阵元相控阵换能器、人头颅CT数据、水体建立超声经颅刺激海马数值仿真模型,数值仿真优选适应于海马刺激的换能器结构参数,并结合电容模型,探究超声声学参数对海马神经元放电的影响。结果表明曲率半径90 mm、开口半径56 mm、阵元半径2.0 mm、频率0.9 MHz的128阵元相控超声换能器可形成适应于刺激人脑海马大小的焦域;且在超声频率为0.9 MHz时对海马神经元放电有较好的抑制作用;在较小的占空比和较低的空间峰值时间平均声强条件下对神经元放电有较好的抑制作用。 展开更多

关键词 经颅超声刺激 神经刺激 相控阵换能器 超声参数 海马

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基于FPGA的高强度聚焦超声相位控制系统设计 被引量：1

13

作者 张浩 张艳秋 +1 位作者 赵梦娟 菅喜岐 《应用声学》 CSCD 北大核心 2018年第6期855-860,共6页

多阵元相控阵换能器具有焦距可调和可实现经颅聚焦等优势,近来受到众多研究者的关注,其相位控制系统是决定多阵元相控换能器能否应用于临床的关键技术之一。在输出信号稳定的同时提高高强度聚焦超声相位控制系统精度是设计过程中的重点... 多阵元相控阵换能器具有焦距可调和可实现经颅聚焦等优势,近来受到众多研究者的关注,其相位控制系统是决定多阵元相控换能器能否应用于临床的关键技术之一。在输出信号稳定的同时提高高强度聚焦超声相位控制系统精度是设计过程中的重点与难点。本文基于现场可编程门阵列设计了一种高强度聚焦超声相位控制系统。实测结果表明,多通道延时分辨率为1 ns,延时误差小于1 ns,可满足多阵元高强度聚焦超声治疗相控聚焦换能器延时精度的需要。 展开更多

关键词 高强度聚焦超声 相控阵换能器 相位控制系统 延时分辨率 现场可编程门阵列

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基于灵活相控阵换能器的复杂几何形状零件超声波检测

14

作者 刘野 左继泽 +2 位作者 余雄飞 梅涵 车宏鑫 《中国新技术新产品》 2023年第1期8-11,共4页

复杂几何形状零部件的超声波无损检测通常会面临以下困难:1)由不匹配的接触导致灵敏度发生变化。2)由换能器方向变化导致缺陷定位不准确。3)零部件存在未被覆盖区域。为了提高这种测试和缺陷表征的性能,该文采用超声波接触相控阵换能器... 复杂几何形状零部件的超声波无损检测通常会面临以下困难:1)由不匹配的接触导致灵敏度发生变化。2)由换能器方向变化导致缺陷定位不准确。3)零部件存在未被覆盖区域。为了提高这种测试和缺陷表征的性能,该文采用超声波接触相控阵换能器的概念,其相控阵换能器有1个灵活的辐射表面,能够适应工件的实际表面,从而达到优化测试灵敏度的目的。同时,采用一种延迟优化算法来控制传输场,提高识别缺陷表征的准确度。为了评估这种换能器的能力,法国原子能委员会开发的Champ-Sons模型(预测任意换能器所辐射到碎片的场)必须延伸到发射源直接与复杂几何碎片接触。该文采用安装在不同剖面上的接头式换能器对该新型探头的性能进行试验验证。 展开更多

关键词 复杂几何形状零部件 超声波检测 最优延迟法则 灵活相控阵换能器

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多通道超声相控阵驱动控制系统设计

15

作者 凌子超 张艳秋 +2 位作者 张默涵 杨久敏 菅喜岐 《应用声学》 CSCD 北大核心 2023年第5期948-953,共6页

低强度经颅聚焦超声是一种利用脉冲聚焦超声调控脑神经元的治疗技术。为抑制人颅骨的非均质性和个体结构差异影响,须对多阵元相控阵聚焦换能器的各阵元进行参数调控实现经颅精准定位聚焦,各阵元参数调控需通过相位控制和驱动电路系统来... 低强度经颅聚焦超声是一种利用脉冲聚焦超声调控脑神经元的治疗技术。为抑制人颅骨的非均质性和个体结构差异影响,须对多阵元相控阵聚焦换能器的各阵元进行参数调控实现经颅精准定位聚焦,各阵元参数调控需通过相位控制和驱动电路系统来实现。该文设计并搭建了一种基于直接数字式频率合成技术的多通道相位、幅值独立可调的相控驱动系统。实测结果表明,可实现正弦波和方波高精度相控输出,输出信号电压峰峰值在0-37.5 V可调,相位分辨率为0.1°,延时误差小于1 ns,可满足多阵元相控阵聚焦换能器驱动及其所需相位分辨率的需要。 展开更多

关键词 低强度聚焦超声 相控阵聚焦换能器 直接数字式频率合成技术 相位分辨率 延时误差

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基于PMN-PT单晶材料的医用超声相控阵换能器设计

16

作者 张浩 曾涛 《无损检测》 CAS 2022年第1期63-65,共3页

单晶PMN-PT(铌镁钛酸铅)可有效提高超声换能器的灵敏度和带宽等性能。介绍了一款基于PMN-PT单晶材料的医用超声相控阵换能器,该换能器选用PMN-32%PT(001方向)单晶材料,采用两匹配层结构进行设计。在该基础上制作样品,并对其进行回波信... 单晶PMN-PT(铌镁钛酸铅)可有效提高超声换能器的灵敏度和带宽等性能。介绍了一款基于PMN-PT单晶材料的医用超声相控阵换能器,该换能器选用PMN-32%PT(001方向)单晶材料,采用两匹配层结构进行设计。在该基础上制作样品,并对其进行回波信号测试分析。结果表明,所研制的超声换能器中心频率约为2.6 MHz,-6 dB相对带宽为80%以上,具有较好的灵敏度和带宽。 展开更多

关键词 医用相控阵换能器 带宽 匹配层 PMN-PT单晶

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柔性相控阵换能器用于表面形状不规则工件的超声检测

17

作者 李衍 《江苏锅炉》 2017年第4期43-50,共8页

介绍灵巧的二维和三维柔性相控阵换能器,用于检测表面几何形状复杂的工件中裂纹类面状缺陷的方法特征和优势.新的实时功能,能重建内外表面轮廓;全点聚焦（FTP）法,能有效改善内表面开口裂纹的成像效果.期盼此法对承压设备复杂结构的超... 介绍灵巧的二维和三维柔性相控阵换能器,用于检测表面几何形状复杂的工件中裂纹类面状缺陷的方法特征和优势.新的实时功能,能重建内外表面轮廓;全点聚焦（FTP）法,能有效改善内表面开口裂纹的成像效果.期盼此法对承压设备复杂结构的超声检测,开辟新通道. 展开更多

关键词 超声波 柔性相控阵换能器 不规则形状 裂纹检测 成像算法.

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一维线形超声相控阵换能器辐射声场研究

18

作者 赵霞 王召巴 《电子测试》 2015年第4X期38-40 23,23,共4页

在相控阵超声工业无损检测中,超声换能器的声场分布直接决定着被检测区域的回波信息特征,从而影响检测结果。本文通过研究超声波在固体介质中的传播规律,建立了超声相控阵换能器在介质中辐射声场的数学模型,数值模拟了在一层、两层介质... 在相控阵超声工业无损检测中,超声换能器的声场分布直接决定着被检测区域的回波信息特征,从而影响检测结果。本文通过研究超声波在固体介质中的传播规律,建立了超声相控阵换能器在介质中辐射声场的数学模型,数值模拟了在一层、两层介质中相控阵换能器的辐射声场图,声场结果为更形象直观的了解声场变化和检测结果评估提供理论依据。 展开更多

关键词 一维线形超声相控阵换能器 声场仿真 多层传播介质

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柔性相控阵换能器用于复杂焊接结构的超声检测

19

作者 李衍 《中国特种设备安全》 2014年第1期36-40,共5页

介绍灵巧的两维和三维柔性相控阵换能器,用于检测几何形状复杂的焊接结构中裂纹类面状缺陷的方法特征和优势。新的实时功能,能重建内外表面轮廓;全点聚焦(FTP)法,能有效改善内表面开口裂纹的成像效果。期盼此法对承压设备复杂结构的超... 介绍灵巧的两维和三维柔性相控阵换能器,用于检测几何形状复杂的焊接结构中裂纹类面状缺陷的方法特征和优势。新的实时功能,能重建内外表面轮廓;全点聚焦(FTP)法,能有效改善内表面开口裂纹的成像效果。期盼此法对承压设备复杂结构的超声检测,开辟新通道。 展开更多

关键词 超声波柔性相控阵换能器焊接结构形状复杂裂纹检测成像算法

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