1. 圓盤波源縱波聲場

 在(zai)不考慮介質(zhi)中(zhong)(zhong)衰減的情(qing)況下(xia)，圓盤波源在(zai)理想液體(ti)介質(zhi)中(zhong)(zhong)振動輻射(she)聲波，其中(zhong)(zhong)某一(yi)點波源d,在(zai)波源軸線(xian)上Q點所引起的聲壓(ya)為（圖2.13)

基于波的(de)(de)疊加(jia)原理，整個圓盤波源上各點(dian)在(zai)Q點(dian)引(yin)起的(de)(de)聲(sheng)壓(ya)疊加(jia)，就是Q點(dian)處的(de)(de)聲(sheng)壓(ya)，由此可得到軸線上任一點(dian)的(de)(de)聲(sheng)壓(ya)幅值為

波(bo)源軸線上(shang)的聲壓隨距(ju)離變化的情(qing)況如圖2.14所示。

 由(you)(you)于波的(de)干涉，在波源(yuan)附近區(qu)(qu)域會出現(xian)一系(xi)列聲壓(ya)極(ji)大(da)極(ji)小值，這(zhe)片區(qu)(qu)域稱為近場區(qu)(qu)，也稱菲涅爾區(qu)(qu)（Fresnel).在近場區(qu)(qu)由(you)(you)于波源(yuan)上(shang)各點到(dao)軸線上(shang)某一點的(de)距(ju)離不同，存(cun)在波程(cheng)差(cha)，互相(xiang)(xiang)疊(die)加時存(cun)在相(xiang)(xiang)位差(cha)，出現(xian)互相(xiang)(xiang)干涉，進(jin)而出現(xian)聲壓(ya)極(ji)大(da)極(ji)小值點。

波(bo)源到(dao)波(bo)源軸(zhou)線上最后(hou)一(yi)個(ge)聲壓(ya)極(ji)大值(zhi)間的(de)距離(li)稱為(wei)近場區長(chang)度(du)，常用N表(biao)示。由軸(zhou)線上任一(yi)點的(de)聲壓(ya)幅值(zhi)公式進一(yi)步化簡可得(de)極(ji)大值(zhi)出現的(de)位(wei)置為(wei)

在近(jin)場(chang)區(qu)檢(jian)測容易引起誤判(pan)，甚至漏檢(jian)，因此探傷過程中盡可能(neng)避免在近(jin)場(chang)區(qu)檢(jian)測。

波源軸(zhou)線(xian)上(shang)(shang)一(yi)點到(dao)波源距離大(da)(da)于N的(de)區(qu)域(yu)稱為遠場區(qu)，又稱弗朗合費區(qu)（Fraunhofer)。遠場區(qu)軸(zhou)線(xian)上(shang)(shang)的(de)聲壓(ya)隨距離增加而單調遞減。當x大(da)(da)于3N時(shi)，聲壓(ya)、距離兩者成(cheng)反比，近似球面(mian)波，此時(shi)聲壓(ya)為

這(zhe)時波(bo)源(yuan)各點(dian)到軸線(xian)上一點(dian)的波(bo)程差(cha)很小(xiao)，引起的相位差(cha)也很小(xiao)，干涉(she)非常小(xiao)，因此在遠(yuan)場區(qu)軸線(xian)上看(kan)不到聲壓的極大(da)極小(xiao)值接連出(chu)現的現象。

點波源d_s在到波源足夠遠的任一點M(r,θ)引起的聲壓為

圖2.15中點M(r,θ)與波源軸(zhou)線上同距離(li)處聲壓P(r,0)之比，稱為指向(xiang)性(xing)系數，常用D.表示：

 從圓(yuan)(yuan)盤聲(sheng)源出發，聲(sheng)源所(suo)輻射的(de)能(neng)量集中在一定區域內，以束狀傳播，稱(cheng)為(wei)聲(sheng)束的(de)指(zhi)向(xiang)性。用(yong)聲(sheng)束邊緣線與軸線之(zhi)間的(de)夾(jia)(jia)角來評(ping)價聲(sheng)束指(zhi)向(xiang)性好壞，這個夾(jia)(jia)角稱(cheng)為(wei)半擴散角，常用(yong)θ表示。圓(yuan)(yuan)盤聲(sheng)源聲(sheng)束如圖(tu)2.16所(suo)示。

由圖(tu)2.17可知(zhi)：

a. 在(zai)(zai)聲(sheng)(sheng)(sheng)源軸線上(shang)某一(yi)點到聲(sheng)(sheng)(sheng)源的(de)距離(li)足夠遠時，這一(yi)點所在(zai)(zai)橫截面上(shang)各點的(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)是不同的(de)，且以軸線上(shang)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)最(zui)高。當缺陷(xian)與波(bo)束軸線垂直(zhi)時，儀器上(shang)顯示(shi)回波(bo)最(zui)高就是由于(yu)這個原因(yin)。

b. 在(zai)聲束縱波聲場中(zhong)存(cun)在(zai)一些聲壓為0的圓錐面。由y=kR，sinθ=3.83 可得

此的θ₀ 稱為第一半擴散角，也稱第一零值發散角，對應的還有y=7.02,10.17,···時稱為第二、第三、···零值發散角。

c. 當y>3.83時，｜D_c |<0.15.說明聲波能量主要集中于第一半擴散角以內，因此通常認為2θ₀ 以內的波束稱為主波束，當缺陷位于主波束范圍內時，才容易發現。

d. 超(chao)聲波波源(yuan)輻(fu)射的(de)超(chao)聲波是(shi)以聲束的(de)形(xing)式(shi)向(xiang)外擴散出去的(de)，但實(shi)際上并非(fei)開始于波源(yuan)處，而是(shi)在波源(yuan)附近(jin)存在的(de)一(yi)個(ge)未擴散區(qu)b,其(qi)理想形(xing)狀如圖2.18所示。

距離波源大于b的區(qu)(qu)域成為擴(kuo)散(san)區(qu)(qu)，波束在擴(kuo)散(san)區(qu)(qu)中會逐(zhu)漸衰減。

2. 矩形波源(yuan)縱波聲(sheng)場

矩形波源(yuan)振動時在理想液體介質中(zhong)的(de)(de)縱波聲(sheng)場(chang)(chang)與圓(yuan)盤(pan)波源(yuan)一樣有(you)近場(chang)(chang)區(qu)(qu)和未(wei)擴散(san)角(jiao)等。但是在近場(chang)(chang)區(qu)(qu)內聲(sheng)壓分布比圓(yuan)盤(pan)聲(sheng)源(yuan)更(geng)為(wei)繁雜，計算困難，其遠場(chang)(chang)區(qu)(qu)聲(sheng)源(yuan)軸線上(shang)任一點Q(r,0,φ)處(chu)的(de)(de)聲(sheng)壓可以通過液體介質中(zhong)的(de)(de)聲(sheng)場(chang)(chang)理論推導(dao)出來，如下：

所以矩形(xing)波(bo)源發出的(de)縱波(bo)聲(sheng)場與圓盤聲(sheng)源不(bu)同，具(ju)有兩個不(bu)同的(de)半擴散(san)角(jiao)，聲(sheng)場為矩形(xing)。