Акустическое поле преобразователя
Акустическое поле излучения преобразователя определяется давлением (или действующей компонентой тензора напряжения), которое действует на элементарный приемник, расположенный в произвольной точке пространства.
Акустическое поле приема определяется сигналом приемного преобразователя при действии элементарного излучателя, расположенного в произвольной точке пространства.
Акустическое поле излучения - приема определяется сигналом приемного преобразователя, возникающим при отражении сигнала возбуждающего преобразователя от элементарного рассеивателя, расположенного произвольной точке пространства.
Обычно поле приема преобразователя повторяет его же поле излучения.
Для наглядности мы рассмотрим формирование полей излучения с точки зрения геометрической акустики, путем построения моделей прохождения лучей продольных, сдвиговых и поверхностных волн в некоторых телах, ограниченных плоскими и кривыми поверхностями.
Будем считать твердые тела однородными, изотропными, а ограничивающие их поверхности - гладкими.
Рассмотрим геометрию волнового поля дискового излучателя, расположенного на плоской поверхности твердого упругого полупространства с неограниченными размерами по осям X, У, Z. Считаем, что излучатель создает напряжение , нормальное к поверхности. Если пренебречь влиянием промежуточных слоев между излучателем и средой, то волновое поле будет иметь вид, представленный на рисунок 6.
Рисунок - 6. Акустическое поле.
Такое поле имеет две зоны:
1.
ближняя зона (зона Френеля) толщиной
:
,
в пределах которой отсутствует расхождение лучей и пучок лучей в сечении повторяет сечение пластины. При этом:
Для ближней зоны максимум наблюдается при:
Рисунок 7.
2.
Дальняя зона (зона Фраунгофера)-
это зона при
,
в пределах которой наблюдается расхождение
лучей. Она характеризуется тем, что
интенсивность акустической волны при
удалении от преобразователя уменьшается
обратно пропорционально расстоянию r.
Угол расхождения
,
за пределами которого интенсивность
волны меньше 0,1 равен
,
где: |
|
- |
длина волны. |
Для дальней зоны диаграмма направленности имеет вид, показанный на рисунок 8.
,
,
,
где: |
|
- |
функция Бесселя первого рода. |
Рисунок 8.
На рисунке 9 показано изменение формы пучка при увеличении диаметра преобразователя.
Такая картина является идеальной. Практически мы всегда имеем дело с ограниченными телами. Кроме того, нормально приложенная к поверхности среды сила, вызовет в ней не только нормальную компоненту напряжения. На границах преобразователя возникнут напряжения, перпендикулярные направлению действующей силы, т.е. параллельно поверхности. В результате на границе излучателя возникнут сдвиговые и поверхностные волны, затухающие с глубиной. Взаимодействие всех этих волн приводит к искажению идеальной картины.
Кроме того, реальные тела имеют ограниченные размеры, т.е. существуют границы. Отраженные от границ волны взаимодействуют с первичными, создавая сложные акустические поля.
Рисунок - 9.