杨理践，李光辉，高松巍，王国庆，张 佳

(沈阳工业大学 信息科学与工程学院，沈阳 110870)

油气管道是石油和天然气的主要运输工具之一，由于多种原因会导致其产生腐蚀、裂纹等缺陷，严重影响其安全运行。在管道检测的众多无损检测方法中，相控阵超声检测因检测速度快、无辐射、精度高等特性受到诸多关注。

通过相控阵不同阵元产生的声场叠加，由延时法则可实现声束的偏转和聚焦[1-2]。郭忠存等[3]将延时算法应用于圆台形换能器的声场聚焦，分析了圆台形阵列在管材内的辐射位移场特性，实现了圆台形换能器在管材外对管材的聚焦检测；CHOE等[4-5]利用延时特性设计了外半径为1.27 mm，阵元总数为64的环形换能器阵列，分析了基于图形处理单元的图像重建过程。

文章基于相控阵延时法则，分析了管道中环形相控阵超声聚焦声束的传播原理，构建了聚焦数学模型，计算了奇、偶数阵列的延迟时间，验证了管道中环形相控阵超声的检测效果，得到阵元数量与回波幅值的关系。

1 环形相控阵超声检测原理

一维线阵相控阵超声换能器不适合曲率较大的管道内检测，应采用适合管道内检测的环形相控阵超声换能器。

1.1 环形相控阵超声阵列

环形相控阵超声阵列模型及扫描方式如图1所示。

图1 环形相控阵超声阵列模型及扫描方式示意

在图1(a)中，阵列包括矩形压电晶片结构的128个阵元，针对某一聚焦点，最大工作阵元数量为32个，n(1≤n≤32)个阵元按一定的延时法则发射声束，nR(nR≤n)个阵元按一定延时法则接收声束后合成，并在某一阵元的显示界面显示结果。……