【正文】 ? 由近場區(qū)內(nèi)的聲壓分布 ? 可知當 ??????????? )4(s i n2 220 xxDpp???????????? )4(s in 22xxD?? 10?020 P?p 從 由 在聲軸線上會出現(xiàn)聲壓極大和極小值 2022/5/30 縱波發(fā)射聲場 ? （ 1）近場區(qū)： 波源附近由于波的干涉而出現(xiàn)的一系列聲壓極大極小值的區(qū)域，稱為超聲場的近場區(qū)。 ? 由軸線上聲壓公式，經(jīng)數(shù)學推導，可以得到最后一個聲壓極大值點距聲源距離的表達式： ? 442 ???? DN2022/5/30 縱波發(fā)射聲場 ? 當 Dλ時， λ/4可以忽略，從而得到近場長度的簡化計算公式如下， ： ?42DN ?近場區(qū) 遠場區(qū) 圖中標有 “ 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 。 2022/5/30 縱波發(fā)射聲場 ? 在近場區(qū)內(nèi)，由于聲源表面上各點輻射至被考察點的波程差大，所引起的聲源振幅差和相位差也大，且它們彼此相互干涉，結果是近場區(qū)的聲源分布十分復雜，出現(xiàn)很多極大值與極小值。 ? （ 2） 遠場區(qū) ：在聲場中， xN的區(qū)域為聲源的遠場區(qū) 。在 x≥N的遠場區(qū)，軸線上的聲壓最高，偏離中心聲壓逐漸降低，且同一截面上聲壓的分布是 完全對稱 的。 2022/5/30 縱波發(fā)射聲場 2022/5/30 縱波發(fā)射聲場 ? 3. 波束指向性和半擴散角 ? 點波源 ds在至波源距離充分遠處任意一點 M(r， θ)處引起的聲壓為： ? ? 整個圓盤聲源在（ r， θ）處的總的聲壓幅值為： )39。rdsPdP ?? ??0?????????? s i n)s i n(2 10SSSkRkRJrFPP2022/5/30 縱波發(fā)射聲場 ? 指向性系數(shù) ：波源前充分遠處任意一點的聲壓 P(r, θ )與波源軸線上同距離處聲壓 P(r, θ )之比，用 DC表示。 ? （ 2）圓盤源輻射的聲束截面聲場中存在一些聲壓為零的點。 ) ? （ 3）半擴散角 θ 0以外的聲場聲壓很低，超聲波的能量主要集中在半擴散角 θ 0以內(nèi)。 ? （ 5）與聲壓幅值有關的半擴散角 γ ? （ 6）增加探頭直徑 DS，提高檢測頻率 f，可以改善波束指向性，有利提高檢測靈敏度，但近場長度增加，對檢測不利。在波束未擴散區(qū)內(nèi)，波束不擴散，不存在擴散衰減，各截面平均聲壓基本相同。擴散區(qū)內(nèi)波束擴散，存在擴散衰減。 矩形波源的近場區(qū)長度為： ）（ ??? b2572ba r c s i n0 ???)(2572aa r c s i n0 ??? a?????SFN ?2022/5/30 矩形波源輻射的縱波聲場 ? 矩形晶片輻射聲場 ??????????? s i nco s)s i nco ss i n (co ss i n)co ss i ns i n (),( 0kbkbkakarFprp s?2022/5/30 矩形波源輻射的縱波聲場 ? 兩個特定面內(nèi)的聲場指向性系數(shù) ? XOZ面內(nèi)， ?0＝????? s i n)s i ns i n ()0,( 0kakarFprp s????s i n)s i ns i n ()0,0,()0,(kakarPrPD ??aab 2572a r c s in??? ??2022/5/30 矩形波源輻射的縱波聲場 ? ZOY面 ?90＝????? s i n)s i ns i n ()90,( 0kbkbrFprp s????s i n)s i ns i n ()90,0,()90,(kbkbrprpD ?＝bbb 2572a r c s i n??? ??2022/5/30 縱波聲場近場區(qū)在兩種介質中的分布 ? 實際檢測中，近場區(qū)分布在兩種不同的介質中，設第一種介質（水）厚度為 L，則第二種介質（鋼）中剩余近場區(qū)長度 N’ 為： ? 基于鋼中近場區(qū)計算 : ? 基于水中近場區(qū)計算 : 2122212 439。 ）（???? CCLNN2022/5/30 實際聲場與理想聲場比較 ? 理想聲場 ：液體介質，波源作活塞振動，輻射連續(xù)波等理想條件下的聲場。 2022/5/30 實際聲場與理想聲場比較 ? 實際聲場與理想聲場存在區(qū)別的原因 ： ? （ 1）實際聲場的近場區(qū)內(nèi)，軸線上聲壓變化幅度小于理想聲場，極值點減少。 ? （ 3）實際聲場的波源是非均勻激發(fā)，產(chǎn)生的干涉小于均勻激發(fā)的理想波源。 2022/5/30 橫波發(fā)射聲場 ? 假想橫波聲源 ? 橫波探頭輻射的聲場由第一介質中的縱波聲場與第二介質中的橫波聲場兩部分組成。 ? 實際波源為圓形，假想橫波波源為橢圓形，橢圓的長軸等于實際波源的直徑 DS，短軸為： ??c o sc o sD39。當x≥3N時，橫波聲場波束軸線上的聲壓為： ? P∝ FS， P∝ 1/x 。 ? 第二介質中的近場區(qū)長度： ? 式中： FS—— 波源面積； ? λs2—— 介質中橫波波長； ? L1—— 入射點至波源的距離； ? L2—— 入射點至假想波源的距離。NSS122 ????2022/5/30 橫波聲場結構 3. 半擴散角 (1) 縱波斜入射在第二介質中產(chǎn)生 橫波聲場，波束不對稱于聲束 軸線，存在上下（ θ上 、 θ下 ） 兩個半擴散角，且 θ上 ＞ θ下 。 ? 平底孔回波聲壓 ? 超聲波波束軸線垂直于平底孔，超聲波在平底孔上全反射，回波聲壓為： ? 任意兩個距離直徑不同的平底孔回波分貝差為 ： ）（ N3x220 ??? x FFPxFPP fSfxf ??)3(lg40lg2012212112 NxxDxDPPffff ????平底孔直徑一定，距離增加一倍，其回波下降 12dB 平底孔距離一定，直徑增加一倍，其回波上升 12dB 2022/5/30 規(guī)則反射體的回波聲壓 ? 長橫孔回波聲壓 ? 長橫孔直徑較小，長度大于波束截面尺寸，超聲波垂直入射到長橫孔的反射回波聲壓為： ? 任意兩個距離直徑不同的長橫孔回波分貝差為 ： ）（ N3x2222 00 ???? xDxFPxD DxFPP fSffSf ??）（ NxxD xDPPffff 3lg10lg203123212112 ????長橫孔直徑一定，距離增加一倍，其回波下降 9dB 長橫孔距離一定，直徑增加一倍，其回波上升 3dB 2022/5/30 規(guī)則反射體的回波聲壓 ? 短橫孔回波聲壓 ? 短橫孔長度明顯小于波束截面尺寸，超聲波垂直入射到短橫孔的反射回波聲壓為： ? 任意兩個距離、長度和直徑不同的短橫孔回波分貝差為： )3(2 20 NxDx lFPP ffSf ?? ??)3(lg10lg2021414222212112 NxDDxxllPPffffff ????短橫孔直徑和長度一定，距離增加一倍，其回波下降 12dB 短橫孔直徑和距離一定，長度增加一倍，其回波上升 6dB 短橫孔長度和距離一定，直徑增加一倍，其回波升高 3dB 2022/5/30 規(guī)則反射體的回波聲壓 ? 球孔回波聲壓 ? 超聲波在球孔上的反射類似于球面波在球面上的反射，球孔回波聲壓為： ? 任意兩個距離、直徑不同的球孔回波分貝差為 ： ? ? ）（ N3x42/4 00 ???? xDxFPDx DxFPP fSffSf ??)3(lg20lg20 2122212112 NxxDxDPPffff ????球孔直 徑一定，距離增加一倍，其回波下降 12dB 球孔距離一定，直徑增加一倍，其回波上升 6dB 2022/5/30 規(guī)則反射體的回波聲壓 ? 大平底面回波聲壓 ? 超聲波在在與波束軸線垂直、表面光潔的大平底面上的反射是球面波在平面上的反射，大平底面回波聲壓為： ? 任意兩個距離不同的大平底面回波分貝差為： )3(2 0 NxxFPP SB ?? ?)3(lg20lg20122112 NxxxPPBB ????大平底 距離增加一倍，其回波下降 6dB 2022/5/30 規(guī)則反射體的回波聲壓 ? 圓柱曲底面回波聲壓 ? 1. 實心圓柱體：超聲波徑向檢測 x≥3N的實心圓柱體，類似于球面波在凹柱曲底面上的反射。其回波聲壓為： ? 探頭置于圓柱體內(nèi)側，從內(nèi)孔檢測圓柱體，類似于球 ? 面波在凹柱面上的反射。 2022/5/30 AVG曲線 ? 2. 實用 AVG曲線 ? 實用 AVG曲線：以橫坐標表示實際聲程，縱坐標表示規(guī)則反射體波高，用來描述距離、波幅、當量尺寸之間得關系曲線。 ???? c osc osFNSS2?NxLA ?? 2??c o sc o sDDGSf???t a nt a nLL12 ?2022/5/30 AVG曲線 ? 2. 實用 AVG曲線： 橫坐標表示橫波聲程，縱坐標表示相對波高的 dB值。圖中距離由假想波源算起。 ? 兩個聲壓的比即為平底孔與大平底之間的聲壓