自從聲學(xué)影響圖（AIM）建模工具隨著OmniScan X3探傷儀的推出而問世以來,，它就成為一種有助于設(shè)計(jì)全聚焦方式（TFM）掃查計(jì)劃的輔助工具,。AIM為不同的TFM聲波組和散射體類型估算TFM聲學(xué)強(qiáng)度覆蓋范圍，可助力您創(chuàng)建能獲得很高檢出率（POD）的掃查計(jì)劃,。
隨著MXU的升級發(fā)布,，您將從AIM的3個主要升級中獲益，這些升級進(jìn)一步增強(qiáng)了OmniScan X3和OmniScan X3 64儀器掃查計(jì)劃工具的功能性和易用性,。
支持三維檢測的幾何形狀
以前,，AIM僅支持線性探頭，即TFM檢測區(qū)域要直接位于晶片主軸的下方?，F(xiàn)在隨著軟件更新,，AIM還支持雙晶線性陣列（DLA）探頭和雙矩陣（DMA）探頭，可對平面,、周向外壁（COD）和軸向外壁（AOD）幾何形狀進(jìn)行檢測,。這種變化源于對AIM模型基本框架的重大修改。
更新后的AIM模型可提供與其他一些商業(yè)聲學(xué)模擬軟件包類似的結(jié)果,。例如,，我們來比較一下以下在使用TFM的L-L聲波組對軸向外壁（AOD）幾何形狀進(jìn)行檢測時(shí)，由更新的AIM模型生成的圖像和從CIVA 2021（由CEA LIST開發(fā)）獲得的靈敏度圖,。
A27探頭在使用L-L模式對軸向外壁幾何形狀進(jìn)行檢測時(shí),，由AIM模型獲得的圖像（左圖）對比由CIVA軟件獲得的圖像（右圖）
在這個示例中，檢測配置包含一個4DM16X2SM-A27探頭和一個SA27-DN55L-FD25-IHC-AOD10.75楔塊,，被測工件為外徑為273.05毫米的一段管道,。如您所見，更新后的AIM模型和CIVA 2021模型為使用雙矩陣（DMA）探頭對這個AOD幾何形狀進(jìn)行的檢測提供了幾乎相同的圖像,。
提高了探頭近場的精度
改進(jìn)后的AIM模型的第二個好處是提高了探頭近場的模擬精度,。由于在接觸式檢測中精度提高得更為明顯，因此我們使用一種單晶接觸式探頭進(jìn)行檢測并獲得了以下示例圖像,。晶片的尺寸為1 mm × 10 mm,，其中心頻率為5 MHz。
這些圖像表明先前和改進(jìn)的AIM模型在使用單晶探頭時(shí)在近場獲得的響應(yīng)分別與瑞利數(shù)值模型所獲得的圖像進(jìn)行比較的情況,。瑞利模型是通過對來自單晶探頭表面上的100,000個均勻分布的點(diǎn)源信息的求和而構(gòu)建的,。
改進(jìn)的AIM對比瑞利模型（使用單晶探頭和L-L模式）
先前的AIM對比瑞利模型（使用單晶探頭和L-L模式）
請注意改進(jìn)的AIM模型和瑞利模型之間的相似性，即使在離晶片表面1毫米的觀察距離下也是如此,。相比之下,，先前的AIM模型在近場有振蕩，可能會影響近場接觸模式模擬的準(zhǔn)確性。
歸一化靈敏度指數(shù)
從前,，AIM的靈敏度指數(shù)可以是任意比例單位,，只能用于比較不同聲波之間的相對靈敏度。現(xiàn)在,，我們重新調(diào)整了敏感度指數(shù),，以便更直觀地解讀掃查計(jì)劃的靈敏度。
在下一節(jié)中,，您會了解到MXU軟件為每個AIM圖生成靈敏度指數(shù)而進(jìn)行的計(jì)算,。稍后，您會讀到一些具體示例,，了解到如何解讀歸一化靈敏度指數(shù)以及如何將其應(yīng)用于實(shí)際的檢測中,。
計(jì)算AIM靈敏度指數(shù)的理論最大值
靈敏度指數(shù)對應(yīng)于AIM圖中的最大波幅值。每個像素的波幅由3個分量決定：發(fā)射響應(yīng),、接收響應(yīng)和散射系數(shù),。
以下是對上面方程式的定義：
N是發(fā)射晶片的數(shù)量，M是接收晶片的數(shù)量,。
Ti代表來自第i個發(fā)射晶片的發(fā)射響應(yīng),。最大值為1代表發(fā)射。換言之,，像素處的發(fā)射強(qiáng)度值與發(fā)射晶片表面的強(qiáng)度值相同,。
Rj代表來自第j個接收晶片的接收響應(yīng)。最大值為1代表接收,。換言之,，散射強(qiáng)度在接收晶片的表面處得到接收。
αij代表從第i個發(fā)射晶片到第j個接收晶片的散射系數(shù),。最大值為1代表散射,。換言之，像素處的入射強(qiáng)度被地散射到接收方向,。
以上方程式表明,，如果有N個發(fā)射晶片和M個接收晶片,，則靈敏度的理論最大值為NM,。然而，在典型的TFM設(shè)置配置中,，靈敏度不會達(dá)到這個值,。
平面和球面散射體類型的靈敏度指數(shù)差異
與之前版本的AIM一樣，MXU新升級版本中的AIM也支持“球面"和“平面"兩種散射體,。在更新的AIM模型中,，球面散射體被視為理想的點(diǎn)散射體，其中像素處的入射強(qiáng)度散射到接收方向,。換句話說,，對于發(fā)射器和接收器的所有組合,，αij的值為1。
AIM中的平面散射體被建模為直徑3毫米的圓形空隙,。散射系數(shù)αij是頻率以及三維空間中的法線,、入射、反射和觀察矢量的復(fù)雜函數(shù),。以下是顯示這些矢量的示意圖：
圓形空隙的法線,、入射、反射和觀察矢量的示意圖
在這個圓形空隙的示例中,，如果在定向性散射體表面上沒有模式轉(zhuǎn)換,，反射角θr會等于入射角θi。還應(yīng)該注意的是,，觀察矢量可能不在由法線,、入射和反射矢量形成的平面上。
對于這種類型的散射體,，如果入射,、反射和觀察矢量都與法線矢量重合，則αij可以達(dá)到最大值1,。在脈沖回波模式下,，如果發(fā)射和接收聲束垂直于定向性缺陷，就會出現(xiàn)這種情況,。
由于αij的值僅對Tx/Rx組合的一個特殊子集為1,，因此，一般來說,，平面散射體的AIM圖的靈敏度指數(shù)會低于理想球面散射體的相應(yīng)靈敏度指數(shù),。
如何解讀和比較AIM的歸一化靈敏度指數(shù)
本節(jié)中列舉了使用同一個5L32-A32線性探頭在三種不同配置下獲得的AIM圖及其靈敏度指數(shù)的示例。在每張示例圖的下面,，都有如何解讀圖像的說明,。
在第一種配置中，探頭使用了接觸式L-L模式,，其針對球面散射體的相應(yīng)AIM圖如下所示：
配置1：接觸式探頭使用球面L-L模式進(jìn)行檢測獲得的AIM圖（靈敏度指數(shù) = 19.91）
對于這種配置,，歸一化靈敏度指數(shù)為19.91，即使其理論最大值為1024（32個發(fā)射晶片和32個接收晶片）,。與最大值的偏差主要是由于晶片的指向性和聲束在幾何形狀上的擴(kuò)散造成的,。
在第二種配置中，探頭耦合到SA32LS-N55S-Group D楔塊上,，使用T-T模式對周向外壁（COD）幾何形狀進(jìn)行檢測,。管道的外壁直徑被設(shè)置為273.05毫米。球面散射體的相應(yīng)AIM圖如下所示：
配置2：使用球面T-T模式對周向外壁（COD）進(jìn)行檢測獲得的AIM圖（靈敏度指數(shù) = 1.25）
在這張AIM圖中，您會注意到,，楔塊正前方的外壁表面附近有一些黑色像素,。這些黑色像素表示，由于楔塊存在物理邊界,，至少有一條聲程無法從晶片追蹤到像素,。請注意，現(xiàn)在的靈敏度指數(shù)為1.25,，這表明需要24 dB額外的增益才能獲得與之前接觸式配置相同的預(yù)期缺陷波幅水平,。靈敏度指數(shù)的下降主要是由于楔塊/工件邊界處幾何聲束擴(kuò)散和復(fù)雜折射系數(shù)的增加。
第三種配置與第二種相同,，但這個AIM圖是針對平面反射體的：
配置3：使用平面T-T模式對周向外壁（COD）進(jìn)行檢測獲得的AIM圖（靈敏度指數(shù) = 1.25）
缺陷角度設(shè)置為27°,，因此缺陷的法線大部分垂直于聲束的主要傳播方向。即使采用了優(yōu)化的缺陷方向,，平面散射體的靈敏度指數(shù)也僅為0.44,。靈敏度指數(shù)低于上一張圖的1.25水平，因?yàn)槿毕荼砻婧吐暿鴤鞑シ较蛑g的垂直不可能為發(fā)射和接收晶片的所有組合實(shí)現(xiàn),。
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