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 приемаопределяется 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:

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 (рис. 2.15)

Рис. 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 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.