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(jí)發(fā)布，您將從AIM的3個(gè)主要升級(jí)中獲益，這些升級(jí)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(cè)的幾何形狀

以前，AIM僅支持線性探頭，即TFM檢測(cè)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(duì)平面、周向外壁（COD）和軸向外壁（AOD）幾何形狀進(jìn)行檢測(cè)。這種變化源于對(duì)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(duì)軸向外壁（AOD）幾何形狀進(jìn)行檢測(cè)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(duì)軸向外壁幾何形狀進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，由AIM模型獲得的圖像（左圖）對(duì)比由CIVA軟件獲得的圖像（右圖）

在這個(gè)示例中，檢測(cè)配置包含一個(gè)4DM16X2SM-A27探頭和一個(gè)SA27-DN55L-FD25-IHC-AOD10.75楔塊，被測(cè)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(duì)這個(gè)AOD幾何形狀進(jìn)行的檢測(cè)提供了幾乎相同的圖像。

提高了探頭近場(chǎng)的精度

改進(jìn)后的AIM模型的第二個(gè)好處是提高了探頭近場(chǎng)的模擬精度。由于在接觸式檢測(cè)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(cè)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(chǎng)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(duì)來自單晶探頭表面上的100,000個(gè)均勻分布的點(diǎn)源信息的求和而構(gòu)建的。

改進(jìn)的AIM對(duì)比瑞利模型（使用單晶探頭和L-L模式）

先前的AIM對(duì)比瑞利模型（使用單晶探頭和L-L模式）

請(qǐng)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(chǎng)有振蕩，可能會(huì)影響近場(chǎng)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(duì)靈敏度?，F(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(huì)了解到MXU軟件為每個(gè)AIM圖生成靈敏度指數(shù)而進(jìn)行的計(jì)算。稍后，您會(huì)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(cè)中。

計(jì)算AIM靈敏度指數(shù)的理論最大值

靈敏度指數(shù)對(duì)應(yīng)于AIM圖中的最大波幅值。每個(gè)像素的波幅由3個(gè)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(duì)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(gè)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(gè)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(gè)發(fā)射晶片到第j個(gè)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(gè)發(fā)射晶片和M個(gè)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(huì)達(dá)到這個(gè)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(jí)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(duì)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(gè)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(huì)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(duì)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(huì)出現(xiàn)這種情況。

由于αij的值僅對(duì)Tx/Rx組合的一個(gè)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(huì)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(gè)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(duì)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(cè)獲得的AIM圖（靈敏度指數(shù) = 19.91）

對(duì)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(gè)發(fā)射晶片和32個(gè)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(duì)周向外壁（COD）幾何形狀進(jìn)行檢測(cè)。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(duì)周向外壁（COD）進(jìn)行檢測(cè)獲得的AIM圖（靈敏度指數(shù) = 1.25）

在這張AIM圖中，您會(huì)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(qǐng)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(gè)AIM圖是針對(duì)平面反射體的：

配置3：使用平面T-T模式對(duì)周向外壁（COD）進(jìn)行檢測(cè)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)。