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超声波的衍射
来源: | 发布日期:2022-09-20

(2)超声波的衍射

分析超声衍射的物理基础是惠更斯(Huygens)原理。该原理由荷兰物理学家惠更斯于 1690年提出。按此原理,媒质中波动传到的各点,都可以看作是发射声波的新波源(或称次波源)。以后时刻的波阵面,可由这些新波源发出的子波波前的包络面做出。


将这一原理运用于衍射问题,可分析声源辐射声场特性,也可解释超声波遇到障碍物时,波阵面发生畸变的现象,下面分远场区和近场区分别讨论。


①远场区。超声波换能器是一小圆片,可以把表面上的每点都看成是振源,衍射出一个小球面波(子波),这些子波是没有指向性的。但离开换能器的空间某一点的声压是这些无数个子波叠加的结果(衍射),却有指向性。指向性用所谓指向性图案来描述(见图2-9)。圆片换能器的指向性图案是由一个主瓣与几个副瓣构成。这些图案的物理意义是θ= 0°时声压极大,θ逐渐增加时,声压减少。通常用θ角处声压对θ=0°时的声压比值表示,其比值叫做指向因素。可以证明


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式中,D为声源直径;02为声波在介质中的波长;03 伍为主瓣的半扩散角。


②近场区。在换能器表面附近,由于衍射的结果,沿某轴向各点的声场会周期性地出现极大值和极小值,如图2-10所示。如以I代表离圆片距离x处的声强,04 代表声场的极大值,则有


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由此得到声强极大值处的坐标为


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式中,n=为0,1,2,…;a为圆形换能器的半径。最远的极大值相当于n= 0,对应的距离为:


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当a09 λ时,10  。这说明11后就不再有声强极大值出现,11 后即进入远场范围。



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