ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сфокусированные звуковые поля из "Ультразвуковой контроль материалов " Фокусирующие излучатели применяются при ультразвуковом контроле материалов вместо нормальных, чтобы повысить звуковое давление и чтобы получить лучшую разрешающую способность в поперечном направлении (возможности разделения отражателей, расположенных очень близко один к другому). [c.102] Под фокусировкой звукового поля на расстоянии г/ понимают сужение звукового пучка до размеров меньших, чем размер излучателя О. Однако в разделе 4.4 уже было показано, что даже плоский излучатель имеет такое сужение пучка на расстоянии г—Ы. Такой случай называется естественной фокусировкой. Она обусловливается только эффектами дифракции. В разделе 3.4 уже рассматривались и геометрические вспомогательные средства для фокусировки — искривленные зеркала и линзы. [c.102] Часто поля называют несфокусированными, если не применяются никакие геометрические вспомогательные средства. Однако на практике всегда имеется некоторая фокусировка, обусловленная неизбежным эффектом дифракции. [c.102] При этом первый (гиперболический) множитель в уравнении (4.26) характеризует геометрическое влияние кривизны излучателя, а второй (синусный) — влияние дифракции в зависимости от значений О и к. [c.102] На рис. 4.31 показано изменение звукового давления для отражения (эха) от точечного отражателя в воде для сферически искривленного излучателя размерами 0 = 10 мм, г = 33 мм, Я = 0,5 мм. Видно, что максимум звукового давления (фокус) отнюдь не располагается на расстоянии г=г, как это требуется по формулам геометрической акустики (раздел 3.4), а ближе. [c.102] Максимум звукового давления, согласно формуле (4.26), всегда остается конечным. Однако его можно рассчитать по этой формуле только методом последовательных приближений. [c.102] На рис. 4.32 показана найденная таким способом диаграмма зависимости фокусного расстояния от кривизны излучателя, имеющего отношение Д=20. Расстояние и радиус здесь нормированы по длине ближнего поля N плоского излучателя. [c.103] Для малых радиусов кривизны кривая приблизительно соответствует уравнению з/ = г (геометрическая акустика). Однако при больших радиусах кривизны она асимптотически приближается к единице, т. е. даже и при еще больших радиусах кривизны на расстояниях Zf N никогда не может быть достигнута фокусировка. [c.103] Наименьший возможный радиус кривизны / щщ равен, 1 /2, поскольку при этом излучатель становится полус( )ерической оболочкой. Следовательно, rm nlN=2%ID. Для отношения = 20 (как на рис. 4.32), следовательно, Гш1ц=0,1 [1343]. [c.103] Фокусное расстояние Zf и звуковое давление Ртах следует определять по формуле (4.26). [c.104] Плоский излучатель с линзой применяется в большинстве случаев в жидкости. В соответствии с этим должно соблюдаться соотношение Сд/Сж 1. [c.104] По своей структуре полученное таким путем звуковое поле аналогично полю искривленного излучателя. [c.104] Здесь С2 — скорость звука в жидкости, Сх — скорость звука в веществе линзы. [c.104] Относительная амплитуда эхо-/2(9 сигнала в фокусе круглого излучателя. [c.104] Поперечное распределение звукового давления в фокусе, поскольку здесь снова рассматривается круглый излучатель, описывается тоже уравнением (4.29). Впрочем, здесь фокусное расстояние Zf и максимум звукового давления ршах должны быть определены по уравнению (4.30). [c.105] По рис. 4.34 можно определить (при заданном коэффициенте фокусировки) увеличение амплитуды эхо-сигнала в фокусе по сравнению со средним звуковым давлением ро непосредственно перед плоским круглым излучателем. [c.105] Примеры. Требуется улучшить естественную фокусировку плоского круглого излучателя с параметрами D=10 мм, = 0,5 мм (т. е. N = 50 мм) сначала путем его искривления — сошлифовки для получения вогнутой формы, для чего нужно определить радиус кривизны г. Допустимо уменьшение фокусного расстояния наполовину, т. е. до г/=25 мм, откуда /( = 0,5. Согласно рис. 4.34, при этом получается относительная высота отражения (эха) около 30 дБ. Радиус г, соответствующий фокусному расстоянию г/, нужно рассчитывать по формуле (4.26) методом последовательных приближений (желательно с применением ЭВМ), поскольку уравнение (4.26) выражено в неявной форме (не имеет явного решения). Значение г получается приблизительно равным 33 мм, что уже н было положено в основу примера, приведенного на рис. 4.31. [c.105] Относительная высота эха в 30 дБ относится к точечному отражателю, расположенному непосредственно перед плоским излучателем. В отличие от естественной фокусировки плоского и.злучателя иа расстоянии длины ближнего поля, где (см. рис. 4.19 или 4.20) звуковое давление составляет 2ро (высота эха на 12 дБ выше ро), здесь достигается повьпнише чувствительности на 30—12=18 дБ, т. е. восьмикратная высота эха (амплитуда эхо-сигнала). [c.105] Если требуется повысить эффективность плоского и.элучателя болсс просто—поставив перед ним вогнутую линзу с радиусом кривизны 33 мм,—то оценка по формуле (4.30) в зависимости от расстояния г даст кривую, показанную на рис, 4.33, по которой можно найти новое фокусное расстояние i f —35 мм. Следовательно, достигается коэффициент фокусировки только /(=35/50=0,7, откуда по рис. 4.24 получается высота эха всего 22 дБ. т. е. достигается улучшение иа 22—12=10 дБ. [c.105] Вернуться к основной статье