1.4 声场
1.4.1 圆盘声源的声场
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相同，发射波为活塞波。
圆盘声源轴线，通过圆盘中心垂直于盘面的直线是声场的对称轴。 1 圆盘声源轴线上的声压分布
声轴上的声压幅度分布符合下列表达式：
???D2??2?p?2p0sin??x?x??
????4?????由公式可绘制出圆盘声源轴线上的声压分布曲线，如图。图中曲线有特征点N，是声源轴线
上最后一个声压极大值点距声源的距离，称为近场长度。
（1） 近场区 声场距离小于N的区域叫近场区，又称菲涅尔区。近场区声压分布不均，
是由于波源各点至轴线上某点的距离不同，存在波程差，互相叠加时存在相位差而互相干涉，使某些地方声压相互加强，另一些地方互相减弱，就出现一系列声压极大极小值点。
D2 N?
4?近场长度与声源的面积成正比，与波长成反比 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，因此应尽可能避免在近场区检测定量。
（2） 远场区 大于近场长度的声场区称为远场区，又称夫琅和费区。远场区轴线上的声
压随距离增加单调减小。当x﹥3N时，声压与距离成反比，近似球面波的规律，远场区轴线上不会出现声压极大极小值。
2 指向性与扩散角
声束在空间扩散有什么规律？ 根据叠加原理，可将在空间中距声源有一定距离的任一点的声压，看作声源上各地啊你的辐射声压的叠加（见图），
得到的声场内的声压分布可以形象地用图来表示。
超声场中超声波的能量主要集中于以声轴为中心的某一角度范围内，这一范围称为主声束。 这种声束集中向一个方向辐射的性质叫声场的指向性。 从上图可以看出：
1） 超声场中至声源足够远处的同一横截面上各点的声压是不同的，以声源轴线上的声压为
最高。实际检测中，只有当声束轴线垂直于缺陷时，缺陷回波最高就是这个原因。 2） 在主声束以外，还存在一些能量很低的，只存在与声源附近的副瓣声束，但由于副瓣能
量很低和介质对超声波的衰减作用，从声源附近开始传播后衰减很快。
3） 存在偏离轴线的若干个角度θ，声压的幅值为零。将远场中第一个声压为零的角度，称
为指向角或半扩散角，以θ0表示，可得：
sin?0?1.22?D
指向角是代表主声束范围的角度，反映了声束的定向集中程度，也反映了声束扩散的快慢。指向角越大，则声束指向性越差，声束扩散越快。可看出，声源的直径越大，波长越短，则
声束指向角越小，指向性越好。 由指向角公式??0?1.22D(rad)?70?D可知，增加探头直径D，提高检测频率f，半扩散角
将减小，即可以改善声束指向性，使超声波的能量更集中，有利于提高检测灵敏度；但从近
N?D2场区公式4?可知，增大D和f，近场区长度N增加，对检测不利。因此在实际检测中
要综合考虑所使用的超声技术以及D和f对指向角和近场区的影响，合理选择D和f。在保证检测灵敏度的前提下尽可能减少近场区长度。 ???D时，公式可简化为
?0?1.22?D(rad)?70?D(o)
1.22这个系数对应的是理论上的声压为零的角度。对应声压相对于声轴上的声压为-20分贝的点(峰值的10%)该系数为1.08；对于-10分贝点（峰值的32%），该系数为0.88；对于-6分贝点（峰值的50%）该系数为0.7。 3 未扩散区与扩散区
由于超声能量集中于主声束，对于圆形晶片，可认为在距声源一定距离内，超声能量为溢出以晶片直径所约束的范围，声束直径小于晶片直径。这个距离之内就成为非扩散区。如下图所示
非扩散区之外，则称为扩散区。 非扩散区的长度b为：b?1.64N 4 横截面上的声压分布
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