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宽脉冲和窄脉冲的声场

返回列表 来源: 发布日期: 2022.10.13

脉冲波声场的计算方法:首先通过傅里叶变换将辐射面上的脉冲波函数表示为许多单频波的叠加,即求出脉冲波的频谱,将其代入基尔霍夫积分,求出场中包含有各频率成分的频谱函数分布;然后对频谱函数分布进行逆傅里叶变换,便得到时域脉冲波的场分布。


宽脉冲探头发射的超声波在声束轴线上声压分布接近于连续激励的情况。对于窄脉冲,原则上不能按照连续波导出的公式进行计算,而应该求出所包含的每一谐波的近场长度和半扩散角,然后求其合成的结果。如图1-11所示,高频成分的近场长,低频成分则相反。由于各不同频率谐波的声压叠加时,峰谷值互相抵消,因此合成声压在近场的分布趋于均匀。


此外,脉冲宽度对超声脉冲的声压-距离特性有一定影响。脉冲越窄,声压-距离特性曲线越平坦。与此类似,凡是有干涉现象时(例如横波探测矩形槽时),使用窄脉冲都能减少干涉现象的影响。


对于窄脉冲,还要注意不同频率谐波成分的扩散角。高频谐波成分扩散角小,低频谐波成分扩散角大。在远场轴线上,脉冲形状与发射脉冲基本相同,而在偏离轴线的区域,由于上述频率成分的变化,会使得脉冲形状产生畸变。



图1-11窄脉冲探头声束轴线上各谐波成分的理论声压分布曲线


超声波在材料中传播时的衰减与频率有关,对于多晶金属材料,瑞利散射情况下的衰减系数与频率的四次方成正比,此时由于高频谐波衰减非常严重,因此,在材料中传播的窄脉冲信号的频率组成会发生变化,因而脉冲形状也要变化。



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