【正文】 則形狀模型來(lái)進(jìn)行計(jì)算 。 因此 ， 研究聲場(chǎng)中存在反射界面時(shí)反射波的聲壓對(duì)于缺陷的檢出和缺陷的評(píng)價(jià)是十分重要的 。 因此 ， 可以應(yīng)用簡(jiǎn)化推導(dǎo)得出的結(jié)果 ， 進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)中的近似計(jì)算 。 而實(shí)際聲場(chǎng)近場(chǎng)區(qū)聲壓分布比較均勻 ， 幅度變化小 ， 極值點(diǎn)的數(shù)量也明顯減少 。 對(duì)實(shí)際聲場(chǎng)的研究結(jié)果表明 ， 實(shí)際聲場(chǎng)與簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果的差別主要在于近場(chǎng)區(qū)的聲壓分布 。 非擴(kuò)散區(qū)之外 ， 則稱為擴(kuò)散區(qū) 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 圖 616 圓盤聲源非擴(kuò)散區(qū)示意圖 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 當(dāng) λ D時(shí)，式 (626)可簡(jiǎn)化為 )ra d( D?? ?（ 627） 由于超聲能量主要集中于主聲束 ， 對(duì)于圓形晶片 ， 可以認(rèn)為在距聲源一定距離內(nèi) ， 超聲能量未逸出以晶片直徑所約束的范圍 ， 聲束直徑小于晶片直徑 。 指向角越大 ， 則聲束指向性越差 ， 聲束擴(kuò)散越快 。 同時(shí) ， 存在偏離軸線的若干個(gè)角度 θ上的聲壓的幅值為零 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 根據(jù)上式可知 ， 距聲源充分遠(yuǎn)處的任一橫截面上 ， 以聲源軸線上的聲壓為最高 。 設(shè) Rs為圓形聲源的半徑 ， r為空間任一點(diǎn) M到聲源中心的距離 ， θ為 M點(diǎn)與聲源中心的連線與聲源軸線的夾角 。 在主聲束角度范圍以外還存在一些能量很低的 、 只分布于聲源附近的副瓣聲束 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 圖 614 圓盤聲源遠(yuǎn)場(chǎng)中任一點(diǎn)的聲壓推導(dǎo) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 圖 615 圓盤聲源聲場(chǎng)指向性示意圖 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 超聲場(chǎng)中超聲波的能量主要集中于以聲軸為中心的某一角度范圍內(nèi) ， 這一范圍稱為主聲束 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 2） 指向性與擴(kuò)散角研究的是聲束在空間擴(kuò)散的規(guī)律 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 當(dāng) 4λ x/D23，也就是 x3N時(shí)，式（ 621）可簡(jiǎn)化為 xSPxDPP?? 020 4π ?? （ 624） 式中： S=πD2/4為圓盤聲源的面積 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 圖 613 圓盤聲源軸線上的聲壓分布 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 由式 (621)，經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可以得到最后一個(gè)聲壓極大值點(diǎn)距聲源距離的表達(dá)式： 442 ?? ??DN （ 622） 當(dāng) Dλ 時(shí) ， λ /4可以忽略 ， 從而得到近場(chǎng)長(zhǎng)度的簡(jiǎn)化計(jì)算公式如下 ， 可用于實(shí)際工作中近場(chǎng)長(zhǎng)度的估算： ?42DN ?（ 623） 再看圖 613中遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)部分的特點(diǎn) ， 圖中標(biāo)有 “ P球 ” 的虛線為球面波聲壓隨距離的變化曲線 ， 可以看出 ， 距離大于 3N 以后 ， 圓盤聲源聲軸上的聲壓幅值變化與球面波的曲線非常接近 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 1) 根據(jù)疊加原理 ， 圓盤聲源軸線上任何一點(diǎn)處的聲壓等于聲源上各點(diǎn)輻射的聲壓在該點(diǎn)的疊加 。 從圓盤聲源的對(duì)稱性來(lái)分析 ， 通過(guò)圓盤中心且垂直于盤面的直線應(yīng)是聲場(chǎng)的對(duì)稱軸 ， 稱為圓盤聲源軸線 。 另一方面 ， 聲源上各點(diǎn)發(fā)出的聲波相互干涉又使得聲壓的空間分布不是隨距離單調(diào)變化的 。 折射后的焦距 F為 121ccrF??（ 620） 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 圖 612 平面波在曲面上的折射 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 1. 理想的圓盤聲源是指圓形平面的聲振動(dòng)源 ， 當(dāng)它沿平面法線方向振動(dòng)時(shí) ， 其面上各點(diǎn)的振動(dòng)速度幅值和相位都相同 ， 發(fā)射的波稱為活塞波 。 這時(shí)折射波的聚焦或發(fā)散不僅與曲面的凹凸有關(guān) ， 而且與界面兩側(cè)介質(zhì)的聲速有關(guān) 。 當(dāng)曲面是球面時(shí) ， 反射線或其延長(zhǎng)線匯聚于一個(gè)焦點(diǎn)上；反射面為圓柱面時(shí) ， 反射線或其延長(zhǎng)線匯聚于一條焦線上 。 平面波束與曲面上各入射點(diǎn)的法線成不同的夾角：入射角為 0176。 對(duì)脈沖反射法 ， 更關(guān)心的是聲壓往返透過(guò)率隨入射角度的變化 。 4） 斜入射時(shí)反射波和透射波的聲壓關(guān)系較為復(fù)雜 。 使縱波反射角達(dá)到90176。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 (3) 第三臨界角 。 通常在超聲檢測(cè)中 ， 臨界角主要應(yīng)用于第二介質(zhì)為固體 ， 而第一介質(zhì)為固體或液體的情況 。 當(dāng)入射波為縱波 ， 第二介質(zhì)為固體 ， 且 cS2cL1時(shí) ， 使橫波折射角達(dá)到 90176。 當(dāng)縱波入射角大于第一臨界角時(shí) ， 第二介質(zhì)中不再有折射縱波 。 當(dāng)入射波為縱波 ， 且 cL2cL1時(shí) ， 使縱波折射角達(dá)到 90176。 大于這一角度時(shí) ， 第二種介質(zhì)中不再有相應(yīng)波型的折射波 。 此時(shí) ， 存在一個(gè)臨界入射角 ， 在這個(gè)角度下 ， 折射角等于 90176。 同時(shí) ， 由于縱波聲速總是大于橫波聲速 ， 因此縱波折射角 β L要大于橫波折射角 β S。 折射角與入射角之間的關(guān)系符合斯奈爾定律 。 不論是縱波入射還是橫波入射 ， 只要介質(zhì)2為固體 ， 則介質(zhì) 2中除有與入射波相同波型的折射波外 ， 均可因在界面發(fā)生波型轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生與入射波不同波型的折射波 。當(dāng)介質(zhì) 1為液體或氣體時(shí)，則入射波和反射波只能為縱波。 這時(shí) ， 橫波反射角 α S′ 與縱波入射角之間的關(guān)系與光學(xué)中的斯奈爾定律相同 ， 為 S1sL1L s i ns i ncc?? ??（ 617） 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 若入射聲波為橫波 ， 也會(huì)產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象 ， 見(jiàn)圖 610（ b)， 這時(shí)橫波入射角 α S與橫波反射角 α S′ 相等 。 入射縱波與反射縱波之間的關(guān)系符合幾何光學(xué)的反射定律 ， 即 αL=αL′。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 圖 610 (a) 縱波入射； (b) 橫波入射 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 1) 反射 如圖 610（ a） 所示 ， 當(dāng)縱波以入射角 αL傾斜入射到異質(zhì)界面上時(shí) ， 將會(huì)在介質(zhì) 1中于入射點(diǎn)法線的另一側(cè)產(chǎn)生與法線成一定夾角 αL′的反射縱波 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 圖 69 在兩個(gè)界面上的反射和透射 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 3. 超聲波傾斜入射到平界面上的反射 、 折射和波型變換 當(dāng)超聲波相對(duì)于界面入射點(diǎn)法線以一定的角度傾斜入射到兩種不同介質(zhì)的界面上時(shí) ， 在界面上會(huì)產(chǎn)生反射 、 折射和波型轉(zhuǎn)換現(xiàn)象 ， 見(jiàn)圖 610。 如圖 69所示 ， 當(dāng)超聲波從介質(zhì) 1（ 聲阻抗為 Z1） 中垂直入射到介質(zhì) 1和介質(zhì) 2（ 聲阻抗為 Z2） 的界面上時(shí) ， 一部分聲能被反射 ， 另一部分透射到介質(zhì) 2中；當(dāng)透射的聲波到達(dá)介質(zhì) 2和介質(zhì) 3（ 聲阻抗為 Z 3）的界面時(shí) ， 再次發(fā)生反射與透射 ， 其反射波部分在介質(zhì) 2中傳播至介質(zhì) 2與介質(zhì) 1的界面 ， 則又會(huì)發(fā)生同樣的過(guò)程 。 兩次穿透界面時(shí)透射率的大小 ， 決定著接收信號(hào)的強(qiáng)弱 。 2121220r?????????????ZZZZrIIR? ? 21221202210t 4ZZZZPZPZIIT t????（ 614） （ 615） 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 對(duì)于脈沖反射技術(shù)來(lái)說(shuō) ， 還有一個(gè)有意義的量是聲壓往返透過(guò)率 ， 如圖 68所示 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 為了研究反射波和透射波的能量關(guān)系 ， 引入聲強(qiáng)反射率 R和聲強(qiáng)透射率 T兩個(gè)量 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 圖 67 超聲波垂直入射于平界面的反射與透射 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 通常將反射波聲壓 Pr與入射波聲壓 P0的比值稱為聲壓反射率 r， 將透射波聲壓 Pt和 P0的比值稱為聲壓透射率 t。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 1. 超聲波垂直入射到平界面上的反射和透射 如圖 67所示 ， 當(dāng)超聲波垂直入射到兩種介質(zhì)的界面時(shí) ， 一部分能量透過(guò)界面進(jìn)入第二種介質(zhì) ， 成為透射波 (聲強(qiáng)為 It)， 波的傳播方向不變；另一部分能量則被界面反射回來(lái) ， 沿與入射波相反的方向傳播 ， 成為反射波 (聲強(qiáng)為 Ir)。 在超聲檢測(cè)中 ， 直接可測(cè)量的