3.2横波发射声场

3.2 横波发射声场
3.2.1 假想横波波源
• 目前常用的横波探头，先用纵波倾斜入射到界面，通过波 形转换实现横波探伤，这时纵波入射角在第一临界角和第 二临界角之间，第二介质中只有横波，纵波全反射。 • 横波探头发射的声场由两部分组成，如下图所 • 示：
图3－15 引入假想源的横波声场
3.2.1 假想横波波源
0 s s
3.2.2 横波声场的结构
对于矩形正方形声源： arcsin 57 0 2a 2a 4、横波和纵波指向性比较：因为横波波长比纵波短。 在其他条件相同时，横波声束的指向性比纵波好，横 波能量更集中一些。
为了便于理解和计算，将第一介质中的纵波波源转换为 轴线与第二介质中横波波束轴线重合的假想横波波源， 这时整个声场可视为由假想横波波源辐射出来的连续的 横波声场。 当实际波源为圆形时，其假想横波波源为椭圆形，椭 圆的长轴等于实际波源的直径Ds，短轴Ds′为：
cos DS DS cos
• 式中：β—横波折射角； • α—纵波入射角。
图3－16 横波声场半扩散角
在声束轴线与界面法线所决定的入射平面内，声束不 再对称于声束轴线，而是声束上半扩散角θ上大于声束 下半扩散角θ下 1.22 L1 2 θ上=β2-β sin 1 ( ) DS θ下=β-β1 sinβ1=a-b，sinβ2=a+b， b 1.22L1CS 2 cos DS C L1 横波垂直入射时，其声束对称于轴线，半扩散角θ0 对于圆片形声源： arcsin1.12 D 70 D
3.2.2 横波声场的结构
• 2. 近场区长度 • 横波声场近场区长度N为：
N F S cos S 2 cos
式3－22
• 第二介质中的近场区长度N′
N F S cos tan L S 2 cos tan
式3－23
3.2.2 横波声场的结构
例1：计算2.5MHz、14×16mm方晶片K1.0和K2.0横波 探头的近场区长度N。(钢中Cs=3230m/s) 解： C 3.23 1.29(m m)
S2 S2
f
2.5
N1(K1)=
ab cos 1 14 16 0.88 48.7(m m) S 2 cos1 3.14 1.29
N2(K2)=
由上计算表明，横波探头晶片尺寸一定，K值增大，近 场区长度将减小。
3.2.2 横波声场的结构
例2：试计算2.5MHz、10×12mm方晶片K2.0横波探头， 有机玻璃中入射点至晶片的距离为12mm，求此探头在 钢中的近场区长度N′。(钢中CS=3230m／s)
3.2.2 横波声场的结构
• 1. 波束轴线上的声压 • 横波声场同纵波声场一样，由于波束干涉，存在近场区 和远场区。X≥3N时，横波声场轴线上的声压为：
KFS cos P S 2 x cos
式3－21
• 式中； K—系数； • Fs—波源的面积； • λs2—第二介质中横波波长； • x—轴线上某点至假想波源的距离。
解：
S 2
Байду номын сангаас
CS 2 3.23 1.29(m m) f 2.5
FS cos tg 10 12 N L1 0.68 12 0.58 13(mm) S 2 cos tg 3.14 1.29
3.2.2 横波声场的结构
3、半扩散角 从假想横波声源辐射的横波声束同纵波声场一样，具 有良好的指向性．可以在被检材料中定向辐射，只是声 束的对称性与纵波声场有所不同，如图3－16所示。