自從聲學影響圖（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)計全聚焦方式（TFM）掃查計劃的輔助工具。AIM為不同的TFM聲波組和散射體類型估算TFM聲學強度覆蓋范圍，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，這些升級進一步增強了OmniScan X3和OmniScan X3 64儀器掃查計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）幾何形狀進行檢測時，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行檢測時，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的AIM模型在使用單晶探頭時在近場獲得的響應(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個均勻分布的點源信息的求和而構(gòu)建的。
改進的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?，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)而進行的計算。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)用于實際的檢測中。
計算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)射強度值與發(fā)射晶片表面的強度值相同。
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散射體，其中像素處的入射強度散射到接收方向。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，因為缺陷表面和聲束傳播方向之間的垂直不可能為發(fā)射和接收晶片的所有組合實現(xiàn)。
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