超声波发射声场与规则反射体的回波声压纵波发射声场一、圆盘波源辐射的纵波声场(声源固定在无限大障板上)1．波源轴线上声压ρ1RSZQZ(或X)hRh声源在Q点产生的总声压=此处用到公式Q点处的声压振幅P可表示为式中——波源半径x——轴线上Q点至波源的距离P0——(1)近场区a)当时声压具有最大值,此声压为2倍平面波声压。此位置n=0,1,2……有(n+1)个值其中n=0为距声源最远一个最大值，此时（条件）N称为近场长度。近场区内，与声轴垂直且与声源面积相当的范围内，其平均声压等于平面波声压。b)声压最小值点当时,该位置声压振幅P=0。以表示声压最小值点的位置,则，得n<[]取整，最小值个数为1、2、3…[]其中n=1相应于最远的最小值点，且此点的值为c)N内其他各点的声压介于0与之间。d)当x>N时,声轴线上的声压从单调下降。e)当x>>时,相对误差为,故当x=N时,误差x=1.67N,f)声轴线上远场区XNN/2即远场中,声轴线上声压与距离成反比。式中远场中任意一点M(r,)处的声压为：称为圆盘源远场的方向性函数。的特性是：a)当V即时(即声轴线处)D()=1,为最大值,即声轴线上声压最高，b)<1时,辐射各向均匀。(<1即<1,为低频辐射)c)当大于3.83时,辐射具有复杂的指向性,其指向特性下图所示，当=3.83时出现第一个零值,此时相应的值以表示：当<<时,(弧度)(度)称为第一零辐射角或半扩散角,此角度处声压振幅为零。主声束宽度为2(为球面角)束未扩散区与扩散区得Nb≈波束未扩散区长度为1.64倍近场长度。例：求2.5P20直探头在钢中的N、和b(钢中纵波声速为5900m/s)N=b×42.4=69.5(mm)超声场截面声压分布。二、矩形波源辐射的纵波声场方向性函数声轴上声压为YOZ平面内的半扩散角(度)在XOZ平面内的半扩散角为(度)近场长度(几何平均值)或(经典声学公式)教材上给的公式(不很妥当)三.、近场区在两种介质中的分布在均匀介质中—介质Ⅱ中(钢中)近场长度L—水层厚度—介质Ⅰ中(水中)波速—介质Ⅱ中(钢中)波速—介质Ⅱ中(钢中)波长例：求2.5P14纵波直探头水浸探伤钢板,已知水层厚度为20mm,钢中=5900mm/s,水中=1480m/s。求钢中近场区长度四、实际声场与理想声场比较(1)理想声源：连续,单频波,干涉充分实际声源：脉冲,多频波,干涉不充分(2)脉冲波可分解为多频波,每个分量都有各自的近场长度和半扩散角,观察点处的总声压为各分量声压之和,即近场长度内,各分量的零值点位置不同,因此实际上不存在真正的零值点。远场区亦不存在绝对的零辐射角。(3)实际声源是非均匀激发,理想声源是均匀激发(活塞型)(4)理想声场是针对液体介质而言的,而实际探伤对象是固体介质。横波发射声场一、假想横波源椭圆短轴波束轴线上的声压(略)近场长度圆晶片:方晶片：可参照上式近似计算第二介质中的近场长度—波源面积—介质Ⅱ中横波波长—入射点至波源的距离—入射点至假想波源的距离例1MHz、14×16㎜方晶片K1.0和K2.0横波探头的近场区长度N。（钢中CS2=3230m/s）解：λS2=CS2/ƒ=3.23/2.5=1.29（㎜）（㎜）（㎜）由上计算表明，横波探头晶片尺寸一定，K值增大，近场区长度将减小。例2MHz、10×12㎜方晶片横波探头，有机玻璃中入射点至晶片的距离为12㎜，求此探头在钢中的近场区长度。解：λS2=CS2/ƒ=3.23/2.5=1.29（㎜）（㎜）半扩散角DSIII横波声场半扩散角在声束轴线与入射平面垂直的平面内(即与低面垂直的平面内)晶片圆：(晶片圆)方晶片：(度)2a—晶片在a方向边长例题：MHz、φ12㎜纵波直探头探伤钢工件，钢中CL=5900m/s，求其半扩散角。解：λL=CL/f=5.9/2.5=2.36(㎜)θ0=70λL/DS=70×2.36/12=13.8°第三节聚焦声源发射声场声场的形成1)液浸型条件：,即透镜中声速大于液体中声速F的值为，(设米/秒,有机玻璃米/秒)2)接触型条件：：(如有机玻璃中)=2700米/秒：(如聚枫中)=2300米/秒二、聚焦声场的特点与应用1聚焦声束轴线上的声压分布在声程x>R,焦距F>R的条件下，声压P的近似公式为：式中F=焦距=r——声透镜曲率半径x——观察点声源的距离，R为波源半径在焦点处x=F,上式可简化为（2—25）