第3章超声波发射声场与反射体的回波声压ppt课件.ppt

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1、第3章超声波发射声场与反射体的回波声压主讲教师：王秋萍Xi'anPolytechnicUniversity13.1纵波发射声场3.2横波发射声场3.3规则反射体的回波声压3.4AVG曲线Xi'anPolytechnicUniversity主要内容2圆盘波源辐射的纵波声场矩形波源辐射的纵波声场纵波声场近场区在两种介质中的分布3.1纵波发射声场Xi'anPolytechnicUniversity3活塞声源：理想的圆盘声源是指圆形平面的声振动源，当它沿平面法线方向振动时，其面上各点的振动速度的幅值和相位都是相同的，这样的声源称为活塞声源，发射的波为活塞波。一.圆盘波源辐

2、射的纵波声场Xi'anPolytechnicUniversity声源（圆形压电晶片）→纵波→在无粘滞性的水中传播。41.波源轴线上的声压分布面元dS辐射的球面波在波源轴线上Q点引起的声压为：圆盘波源上各面元在轴线上任一点Q引起的声压为：Xi'anPolytechnicUniversity5(1)波源轴线上Q点声压幅值为：Xi'anPolytechnicUniversity上式表明，圆盘轴线上的声压与距离成反比，与波源面积成正比。波源轴线上的声压随距离变化关系图6(2)近场区(菲涅尔区)：波源附件由于波的干涉而出现的一系列声压极大极小的区域。Xi'anPolytec

3、hnicUniversity近场区长度：波源轴线上最后一个声压极大值至波源的距离，用N表示。(3)远场区：波源轴线上的至波源的距离x>N的区域。远场区轴线上的声压随距离的增加单调减少，当x>3N时，声压距离成反比。在近场区检测定量是不利的，处于声压极小值处的较大缺陷回波可能较低，而处于声压极大值处的较小缺陷回波可能较高，这样就容易引起误判，甚至漏检，因此应尽可能避免近场区检测定量。7近场区长度的推导过程：Xi'anPolytechnicUniversity结论：近场区长度与波长成反比（与频率成正比），与声源面积成正比。8Xi'anPolytechnicUniver

4、sity圆形晶片辐射声场近场区长度与声源尺寸的关系92.超声场横截面声压分布在当x

5、的声压为Xi'anPolytechnicUniversity结论：圆形声源辐射的声场中，轴线外任一点的声压与声源面积成正比，与距离r成反比，同时还方向θ而变。相同距离不同方向的位置上，声压是不均匀的。当θ=0º时，声场的声压最大。12Xi'anPolytechnicUniversity(2)波束指向性与半扩散角波源充分远处任意点的声压P(r,θ)与波源轴线上同距离处声压P(r,0)之比，称为指向性系数，用D(θ)表示。13(1)D(θ)≤1。(4)在超声波主波束之外存在一些副瓣，能量很小。结论：Xi'anPolytechnicUniversity(3)当y>3.8

6、3，即θ>θ0时，说明超声能量主要集中在半扩散角内。14Xi'anPolytechnicUniversity上图表明：晶片尺寸越大，指向性越好。154.波束未扩散区与扩散区Xi'anPolytechnicUniversity16例题：若用f=2.5MHz，D=20mm的直探头检测钢工件(声速cL=5900m/s)，那么近场长度N，半扩散角θ0和未扩散区长度b分别是多少？解：Xi'anPolytechnicUniversity17二.矩形波源辐射的纵波声场1.波源轴线外的声压分布Xi'anPolytechnicUniversity182.指向性与半扩散角Xi'anP

7、olytechnicUniversity193.近场区长度Xi'anPolytechnicUniversity20正方形晶片辐射声场近场区长度与声源尺寸的关系Xi'anPolytechnicUniversity左图表明：矩形晶片尺寸越大，近场长度越大，越不利于检测。21Xi'anPolytechnicUniversity矩形晶片辐射声场的数值计算结果上图表明：晶片尺寸越大，指向性越好。22矩形晶片（两平面）辐射声场声压分布（数值模拟）Xi'anPolytechnicUniversity23三、纵波声场近场区在两种介质中的分布Xi'anPolytechnicUniv

8、ersit