ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Зонное строение звукового поля по Френелю из "Ультразвуковой контроль материалов " Ультразвуковые волны возбуждаются источником звука — искателем. Для ультразвукового контроля представляет интерес только то, как распределяются волны от источника в пространстве, т., е. звуковое поле. [c.76] Для описания можно привлечь изменение плотности, скорость частиц или их отклонение. Однако при ультразвуковом контроле наибольший интерес представляет звуковое давление, точнее амплитуда переменного звукового давления, так как она определяет величину сигнала. (В звуковом диапазоне условия аналогичны чем больше колебания давления воздуха в звуковой волне, тем более громкий звук мы слышим). [c.76] В простых случаях можно рассчитать для каждого места звукового поля соответствующую амплитуду давления или же измерить се небольшим микрофоном. В некоторых прозрачных материалах ее можно даже сделать видимой. [c.76] Одним из простых случаев является звуковое поле круглого плоского пьезоэлектрического излучателя (раздел 7.2). Он колеблется с одинаковой фазой и амплитудой по всей поверхности и передает частицам граничащего с ним вещества свое собственное движение в виде колебаний (продольная волна) или сдвиговых колебаний (поперечная волна). Такой источник звука называется идеальным поршневым излучателем, поскольку в случае жесткой стенки он действует как колеблющийся поршень. В остальном он создает такое же звуковое поле, как и диафрагма того же размера, через которую проходит плоская волна (теорема Бабине, рис. 4.1), поскольку движение частиц в отверстии аналогично их движению на генераторе колебаний. [c.76] Количество минимумов и максимумов и протяженность интерференционного поля определяются отношением размера источника звука В к длине волны %. [c.78] Волновые фронты на рис. 4.2 различаются как раз на величину X здесь отношение /)/Я=б, а на рис. 4,3 это отношение равно 6,7. На рис. 4.2 точки на штриховых линиях означают места, в которых разница путей прохождения плоской и краевой, волн как раз кратиа длине волны Я. Следовательно, там располагаются максимумы давления. [c.78] Впрочем, оба рисунка представляют собой лишь мгновенные снимки. При рассмотрении фильма можно было бы видеть, как максимумы от излучателя перемещаются по штриховым линиям. [c.78] Ось симметрии звукового поля, в данном случае ось излучателя, называют акустической осью. [c.78] Поле на расстояниях, превышающих Ы, именуют дальним полем, на расстояниях менее N — ближним полем. Поэтому величину N называют длиной ближнего поля излучателя. [c.79] Если пересечь звуковое поле, показанное на рис. 4.3, поперек акустической оси, то можно получить распределение давлений (рис. 4.4). Непосредственно над излучателем среднее звуковое давление должно было быть примерно таким же, как при плос- кой волне. Однако наряду с этим имеются максимумы и минимумы звукового давления. Количество максимумов равно отношению )/Х, в данном случае 16. [c.79] Последний минимум давления располагается на оси примерно на расстоянии N/2 он окружен кольцевым максимумом давления. На расстоянии ЛГ в поперечном сечении располагается максимум давления — последний иа оси (см. рис. 4.19). [c.79] В отличие от сложного закона изменения звукового давления в ближнем поле, в дальнем поле оно распределяется проще (рис. 4.5). Во всех поперечных сечениях максимум всегда рас- полагается на акустической оси. Первые минимумы находятся на сторонах треугольника (штриховые линии на рис. 4.5), которые определяются углом уо- Поэтому угол 70 называется углом раскрытия или дивергенции звукового поля. [c.79] Поскольку поперечные сечения звукового пучка лишь с большим тру-.дом можно сделать видимыми, изображения на рис. 4.4 и 4.5 были с лучены -фотографированием расчетных кривых. Повышенная яркость соответствует высокому звуковому давлению. [c.79] Разумеется, поля интерференции могут возникнуть только тогда, когда посылаемые импульсы имеют необходимую длину для наложения (длина когереитностн). Звуковое поле типа показанного иа рис. 4.3 возникает только при непрерывном возбуждении или при очень длинных импульсах. Влияние коротких импульсов будет рассмотрено в разделе 4.7. [c.79] В предыдущем разделе для описания распространения звука был снова использован принцип Гюйгенса. При этом без применения математики можно определить графически звуковое давление в любой точке звукового поля, применив уовйершеи-ствование принципа Гюйгенса, предложенное Френелем — зонное строение. [c.79] Наглядно это можно показать путем векторного сложения, как представлено на рис. 4.6 для некоторых частных случаев. При этом разницу путей прохождения двух элементарных волн изменяют уже не в длинах волн, а в угловых мерах, причем целой длине волны соответствует угол ф = 360° или 2я. [c.80] На рис. 4.6 для различных разностей путей и фазовых углов сложено звуковое давление (изменяющееся по синусоидальному закону) двух элементарных волн, накладывающихся одна на другую в одной точке в каждый момент времени. Рядом справа приведено такое же сложение векторов. Результат получается тем же, но значительно проще и нагляднее. Следовательно, произвольные звуковые давления и фазовые углы являются соответствующими векторами параллелограмма, причем диагональ дает звуковое давление результирующей волны соответствующей величины и фазы. [c.80] В случае плоской поверхности эти зоны будут концентрическими. .кольцами. [c.82] Если точка наблюдения расположена на оси круглого дискового излучателя радиуса Я, то можно принять Гп=Я, и в таком случае вся поверхность излучателя будет разбита на п одинаковых зон. Для этого случая структура звукового поля от излучателя с ЛД=16 в двух различных точках на оси показана на рис. 4.10. [c.82] В первом случае цепь искривляется, принимая форму,, близкую к полукругу, диаметр которого равен искомому звуковому давлению р при а = Л/. Во втором случае она замыкается в полную окружность, в результате чего звуковое давление на. расстоянии N/2 обращается в нуль. [c.83] Вернуться к основной статье