Апертура датчика

Слово апертура пришло к нам из латыни, и в самом широком смысле означает отверстие, через которое проникает свет, звук или сигнал. Более подробно о работе фазированных решеток мы рассказали ранее. Сегодня сосредоточимся на основе датчика — апертуре. Именно она превращает набор отдельных пьезоэлементов в умный инструмент, способный заглянуть туда, куда не проникает взгляд 
 

Проще говоря: представьте, что у вас есть длинная линейка из 128 маленьких динамиков (элементов решётки). Апертура — это сколько соседних динамиков вы включаете одновременно, чтобы получить нужный звук. Можно включить 4, 8, 16 или больше.
 

Активная и пассивная апертура
 

Выделяется два понятия: активная и пассивная апертура. Активная апертура - это набор пьезоэлементов, используемых для излучения-приёма в каждый отдельный момент времени, то есть это то число элементов, с которыми мы будем работать при линейном или секторном сканировании. Например, апертура может состоять из 4, 8, 16 элементов и т. д.. Этот параметр задаёт оператор при настройке ультразвукового дефектоскопа. 

Активная апертура = Кол-во элементов x Размер элемента

Пассивная апертура - общее количество элементов в решётке, которое доступно для работы с данным дефектоскопом. 
 

Рассмотрим на примере ультразвукового дефектоскоп УСД-60ФР-16/128 

  1.  Из всех 128 элементов решётки (пассивная апертура) для формирования фокусировки в выделенную зону определяется группа из 16 соседних элементов (активная апертура).
  2.  Для следующей позиции луча эта группа «сдвигается», что называется электронным сканированием. Здесь ключевой момент: Дефектоскоп не может задействовать все 128 элементов сразу в силу своих аппаратных ограничениях или ограничениях заданных прошивкой. Но он может перестраивать положения группы из 16 активных элементов, к примеру, в 128 элементном датчике.
  3.  Благодаря большой пассивной апертуре (128) можно покрыть лучом большую площадь или сформировать сложный веер лучей под разными углами.

128 – это максимальное количество каналов, с которыми может работать данная система
 

Основная дилемма
 

Главная задача при работе с ФР – получить тонкий луч для хорошей разрешающей способности и сохранить больший диапазон углов ввода УЗ луча.

  •  Для формирования тонкого луча нужна большая активная апертура.
  •  Увеличение диапазона углов ввода требует уменьшения размера единичного элемента, что приводит к уменьшению размера активной апертуры и снижению разрешающей способности.

Апертура - это инструмент выбора оптимальных рабочих возможностей под конкретную задачу. Для управления каждым элементом в решётке нужны отдельные каналы генерации и приёма сигнала с уникальными временными задержками. Одновременная работа со всеми 128 каналами требует достаточно большой вычислительной мощности, что в свою очередь делает оборудование более дорогим, чем при работе с 16-ю каналами.

Понимание и грамотное использование апертуры фазированной решётки превращает ультразвуковой контроль из простого метода обнаружения дефектов в высокоточный инструмент диагностики.