θ0=70λL/DS=70×2.36/12=13.8°
第三节 聚焦声源发射声场
一、 声场的形成
1.聚焦探头的种类1)液浸型
条件：c1?c2 ,即透镜中声速大于液体中声速 F的值为F?
c1rr??2.25r ， r?0.445F
1?c2/c1c1?c2(设c2?c水?1500米/秒,有机玻璃c1?2700米/秒) 2)接触型 条件：c1?c2
c1：(如有机玻璃中)c1=2700米/秒 c2：(如聚枫中)c2=2300米/秒
二、聚焦声场的特点与应用 1聚焦声束轴线上的声压分布 在声程x>R,焦距F>R的条件下，
?Fx2P0sin[B(1?)]2xF 声压P的近似公式为：P?x(1?)F式中F=焦距=c1r?/(c1?c2)
r——声透镜曲率半径 x——观察点声源的距离
B?R2/?F?N/F，R为波源半径
在焦点处x=F,上式可简化为P??BP0（2—25）
当B=10时，P=31.4P0。即当焦距F近场长度的1/10时，其声压为平面波声压的31.4倍 由图可见，B越大，即F相对近场长度越小，聚焦效果愈好。 当F=N时，B=1，
P??BP0?3.14P0
结论：焦距应选在近场之内
2．焦柱的几何尺寸
因为声波的波动性,焦点附近为一个聚焦区。对柱面形透镜而言,焦柱直径d和焦柱长度L可表示为(声压下降6dB测量法)
d??F/2R（d——焦柱直径）
L??F2/R2（L——焦柱长度）
L/d=2F/R……常数 3．聚焦探头的应用 1） 缺陷尺寸的测定
2） 裂纹高度的测定，裂纹高度配合断列力学计算使用寿命 3） 特殊工件粗晶材料检测 三、聚焦探头焦柱直径推导 ?0?1.22?/dd?1.22?/?0tg?0?Rs/f?0?Rs/f
RS θ0 d?1.22?f/Rs?1.2?f/Rs
四、焦探伤时水距的选择
f f——焦距 RS——晶片半径 λ——波长 d ——焦距直径
d H?F?lC工件C水
推导?C水sin??C工件sin?即sin?C工件 ?sin?C水在三角形ABC中
S2Sb?2
sin?sin[180????(???)]sin??F?Hl?cos?,?cos? S2bH α F?Hl?S2?,b?
cos?cos?F A lβ C Sb??2 sin?sin?即
S2 lF?H?
sin?cos?sin?cos? B C工件cos?sin?cos?即H?F?l ?F?lsin?cos?C水cos?当?很小时，cos??1,cos??1,即cos??1 cos?∴H?F?lC工件C水
第四节 规则反射体的回波声压
概述：超声探伤中常用反射法,反射法是根据缺陷反射回波声压的高低来评价缺陷的大小。由于工件中缺陷的形状性质各相同,以前的探伤技术还难以确定缺陷的真实大小和形状。回波声压相同缺陷,其实际大小可能相差很大,为此引入当量法。 当量法的定义：在同样的探测条件下,当自然缺陷回波与某人工反射体回波等高时,就认定该人工反射体尺寸就是此自然缺陷的当量尺寸。(自然缺陷的实际尺寸往往大于当尺寸)
人工缺陷或规则反射体的种类主要有：平底孔、长横孔、短横孔、球孔、大平底、圆柱曲底面。
下面分析这些人工反射体的反射规律 一、平底孔回波声压
当x>>3N时,若波束轴线垂直于平底孔, 平底孔可看作一个新的圆盘源,其起始 声压就是入射声波在平底孔处的声压
Px?P0Fs/?x
探头接收到的平底孔回波声压Pf为
2PxFfP0FsFf?DfPf??22?P0Fs22
?x?x4?x即平底孔回波声压与平底孔直径平方
成正比,与距离平方成反比。 式中：P0??0cua——平面波声压
?2Ds 4?2 Ff——平底孔缺陷面积 Ff?Df4?——在介质中的波长
Fs——探头波源面积 Fs?x——平底孔到波源距离 由(2—29)式可知：平底孔回波声压或波高与平底孔面积成正比(或与平底孔直径的平方成正比)
2Hf2Pf1x22Df1任意两个平底孔回波声压或波高之比为： ??2?2
Hf1Pf2x1Df2二者回波声压分贝差为：?12?20lgPf1Dx?40lgf1?2 Pf2Df2x1(1) 当Df1?Df2时,距离增加一倍,其回波下降12dB (2) 当x1?x2时,若Df1?Df2, 则?12?40lgDf1?40lg2?40?0.3010?12dB, Df2即距离相同时,平底孔直径增加一倍,其回波升高12dB 二、长横孔回波声压
长横孔：直径较小而长度大于声束直径
超声波在长横孔表面的反射类似于球面波在柱面镜上的反射,
