在對聲場進行理論分析時,通常提出一定的假設條件,如研究的對象往往基于液體介質,且波源作活塞運動,輻射聲波為連續(xù)波等,此時獲得的是理想條件下的聲場,簡稱理想聲場。而實際檢測中往往是固體介質,且波源為非均勻激發(fā),此時輻射的脈沖波聲場,簡稱實際聲場。一般說來,對于遠場區(qū)軸線上的聲壓分布,實際聲場與理想聲場基本一致,但近場區(qū)內則完全不同。
圖1-12為理想聲場與實際聲場的聲壓比較。此時由于至波源的距離足夠遠,波源各點至軸線上某點的波程差明顯減少,從而使波的干涉大大減弱,甚至不產生干涉??梢钥闯?,兩者在遠場區(qū)軸線上的聲壓分布基本一致。
但在近場區(qū)內,實際聲場與理想聲場存在明顯區(qū)別。對于理想聲場,其軸線上聲壓起伏明顯,在極小值0和極大值2p0之間變化。實際聲場軸線上聲壓雖然也存在極大極小值,但波動幅度小,同時極值點的數(shù)量明顯減少。造成實際聲場與理想聲場的近場區(qū)聲壓分布存在較大差異的原因可從以下幾方面分析:
1)近場區(qū)出現(xiàn)聲壓極值點是由于波的干涉造成的。理想聲場是連續(xù)波,波源各點輻射的聲波在聲場中某點產生完全干涉。實際聲場是脈沖波,脈沖持續(xù)時間很短,波源各點輻射的聲波在聲場中某點產生不完全干涉或不產生干涉。從而使實際聲場近場區(qū)軸線上聲壓變化幅度小于理想聲場,極值點減少。
2)由于脈沖波包含許多不同頻率的正弦波、余弦波,而每種頻率的波決定了一個聲場,因此總聲場就是不同頻率聲波對應聲場互相疊加的結果;且波源軸線上的聲壓極值點位置隨波長而變化,不同頻率聲場的極值點不同,互相疊加后總聲壓就趨于均勻。
3)實際聲場中的波源是非均勻激發(fā),波源中心振幅大,邊緣振幅小。由于波源邊緣引起的波程差較大,對干涉的影響也大。因此這種非均勻激發(fā)的實際波源產生的干涉要小于均勻激發(fā)的理想波源。
4)理想聲場是針對液體介質而言,而實際探傷對象往往是固體介質。在液體介質中,某點的壓強在各個方向上大小相同,波源各點在液體中某點引起的聲壓可視為同方向而進行線性疊加。在固體介質中,由于對稱性,對于波源軸線上的點,在軸線上的聲壓分量將互相疊加,而垂直于軸線方向上的聲壓分量將互相抵消,整體疊加干涉程度要小于液體介質中的疊加干涉,也使得實際聲場近場區(qū)軸線上聲壓分布趨于均勻。
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