圖 , *-*06圓盤源軸線上聲壓推導作用圖
由式 , *-*.7可知,聲壓 隨時間 )作周期性變化。檢測時超聲波檢測儀測得的信號高度與聲壓振幅成正比,因此只需要考慮聲壓振幅:
.
".%’( [ ("
134 *4 )](, *-*.0)
.2
當 4812 9.時,式(, *-*.0)可簡化為
1. &.%’( ( " . • 42 ) (, *-*.:)
又當 481.2 97時,有 %’( ".14.2 & ".14.2 ,故式(, *-*.0)又簡化為 •55;•
& "% (& ’( ’)*)
式中 為圓盤源面積。
由式 & ’( ’)*可知, 與 %成反比,即當 %足夠大( % + ,-) )時,圓盤源軸線上
的聲壓隨距離的增加而衰減,符合球面波的衰減規律。式 & ’( ’).也可以用曲線形
式描述,如圖 & ’( ’/所示。從圖 & ’( ’0可以看出,當 %12時,聲壓 有若干極大
值。這是由于在靠近聲源處,由聲源表面上各點源輻射至軸線上一點的聲波,因波程
差(即相位差)引起相互干涉造成的。這個范圍的聲場叫做近場(或菲涅耳區),最后
一個聲壓極大值至聲源的距離稱為近場長度 2。距離大于近場長度的聲場叫做遠場(或夫瑯和費區)。在遠場中,聲壓隨距離的增加而單調衰減。
近場長度 2取決于聲源的尺寸和聲波波長。由式 & ’( ’).可知,當 "
(
-) 3% ))’ %4()5 3())("5 4",(,).)時,有聲壓極大值,在軸線上的坐標 %"為 &-)()5 3())
’ )
%"4 &()5 3()
從上式可以看出,最后的聲壓極大值對應于 5 4",此時至聲源的距 %42,則
)
-
24 ’
&
當 -+ + 時, 6&可以忽略,故
7)
-)
24 4
&
式中 7為圓盤源直徑。
圖 & ’( ’08圓盤源軸線上的聲壓
•99/•
圖 " "還表示了球面波聲壓(圖中虛線所示曲線)。由圖可知,在 % &’(時,圓盤源軸線上的聲壓與球面波的聲壓之間的差別甚小。為了簡化計算,當 % &’(時,聲壓實際上是按球面波公式計算的。當 % )’(時,如 % *+(,通過計算可知誤差近似為 ,-;當 %*(時, .球 /.* /+&-0。
+-圓盤源前足夠遠處的聲壓及指向性圓盤源輻射聲場中任意一點 1( 2,")的聲壓,仍可按上述方法求得,即把聲源表面上所有單一點源輻射至 1( 2,")處的聲壓疊加起來,就得到 1( 2,")點的聲壓值。
如圖 " "3所示,設在圓盤表面任意一點 (處有一面積元 45(單一點源),它至 1點的距離為 26;聲源中心至 1點的距離為 2;聲源中心至 45的距離為 7;81與 9軸的夾角為 ",8(與 :軸的夾角為 。
當 2& &7;時, 26可近似等于:
26&2 "7; •5<=">?5
由式 . * . ,45•5<=(’@ "A2)/2可得 45輻射至 1點處的聲壓 4B:
.
,
4B& 26 5<= [’@"A( 2 " 75<=">?5)] 45
式中 45 * 7474%
圖 " "3C圓盤源聲場中任一點的聲壓推導用圖
從而聲源表面上所有單一點源輻射至 1點產生的總聲壓 .(2,")為 .(2,")&(,+ ( 7.26 ,5<= [@"A(2 " 75<=">?5%)] 7474%( " "’,)
,
距離 26對點源 45輻射至 1點處的相位和振幅均有影響,為了簡化起見,只考慮其對.
相位的影響,即將上式中的 26, 的 26改為 2,則
7.,
.(2,")* (,+ ( 26 5<= [@"A(2 " 75<=">?5%)] 7474%
,
•D0,•
( "%&’ )[ (()*+,-"))*+,-]"+,-(. /*%)
同前所述,檢測中只需研究聲壓振幅,故 ()*+,-")
( %,")0 ( "% )[ &’()*+,-"] (1 /( /2()
式中 ’(為第一類第一階貝塞爾函數。
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