3.3. 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. Поэтому поле из0лучения – приема одного и того же преобразователя пропорционально квадрату поля 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 опля дискового
излучателя, расположенного на плоской
поверхности твердого упругого
полупространства с неограниченными
размерами по осям Х, 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 рис.
6.
Рис. 6
Такое поле имеет две зоны:
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
(рис. 2.15)
Рис. 7
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
расстояниюr.
Угол расхождения
,
за пределами которого интенсивность
волны меньше 0,1 равен
где
- длина волны.
Для дальней зоны диаграмма направленности имеет вид, показанный на рис. 8.
где
- функция Бесселя первого рода
Рис. 8
На рис. 9 показано изменение формы пучка при увеличении диаметра преобразователя.
Рис. 9
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.
4 Основные методы акустического контроля
4.1. Общие сведения
Акустическими методами называют методы контроля, основанные на изменении упругих колебаний и волн в контролируемом объекте.
Согласно ГОСТ 23829-79 акустические методы делят на две большие группы:
Активные - использующие излучение и прием акустических колебаний
Пассивные – основанные только на приеме колебаний.
К активным методам относят методы, основанные на прохождении и отражении УЗК.