超聲波檢測過程中，聲束特征的重要作用
由于超聲波的高振蕩次數(shù) (MHz) 以及相應(yīng)的較短波長，超聲波源具有很強(qiáng)的方向性。 值得一提的聲壓振幅 p 僅能在空間的一個很小的扇形區(qū)中進(jìn)行確認(rèn)。 聲場的基本部分（也是測試中最重要的部分）位于聲場的一個狹窄區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域被稱為聲束。
要了解這種定向效應(yīng)，我們可以將傳感器的表面視為一個聲音輻射點(diǎn)的陣列。 來自于該點(diǎn)的輻射聲波都以球形曲線傳播。 它們傳播不同的時間后到達(dá)空間中的 Q 點(diǎn)（圖 20）。 不同的聲波在這一點(diǎn)重疊，然后它們會相互干擾，并根據(jù)相位和振幅在 Q 點(diǎn)產(chǎn)生總聲壓。 由于 Q 的不同位置，干擾的效果也會有很大差異。 圖 21 展示了使用 D/λ = 10 的晶體時，聲波由于干擾而被束縛在一個狹窄的扇形區(qū)域內(nèi)。 在傳感器的正前方區(qū)域有一個聲壓變化很大的區(qū)域，即“近場”。 傳感器最大聲壓所在的最遠(yuǎn)位置處標(biāo)志著近場的末端。 聲束在該點(diǎn)最為密集。 每個聲源都有這樣一個近場，但其形狀受傳感器外形的影響。
在檢測材料時，了解聲束的哪一部分適合檢測（即探頭的工作范圍）非常重要。 我們經(jīng)常會面對這樣一個問題：對于圓盤狀的平面?zhèn)鞲衅鱽碚f，如果來自點(diǎn)反射器的回波在軸線上最大壓力以下，其下降值不會超過一個定值，那么聲束的邊緣在哪里？ 如果探頭在聲軸上的方向系數(shù) R=1，那么它在軸線外的 Q 點(diǎn)產(chǎn)生的壓力 R < 1。
從該處反射的聲波會被同一探頭拾取，降低的值不變 (R < 1)。 返回信號獨(dú)立于反射器（點(diǎn)），與聲軸相比，其位置用因子 R2 來確定。 在 dB 系統(tǒng)中。
點(diǎn)反射器回波振幅下降 20 分貝意味著自由場下降 20/2 分貝，即 10 分貝。 圖 22 準(zhǔn)確展示了這種光束在遠(yuǎn)場中的限制，在近場中則顯示為包絡(luò)線。 除此聲束外，其他聲壓均無需深究。 圖 22 展示了探頭的聲輻射模型。
近場顯示的光束直徑與晶體直徑大致相同，但在近場末端，光束直徑縮小到為晶體直徑的一半。
發(fā)散角 γ 是恒定值，因為圓盤狀晶體垂直于聲軸的聲壓振幅 p 遵循以下公式。
對于矩形晶體，以下內(nèi)容適用。
其中，對于 s 而言，既可使用晶體的 a 面，也可使用 b 面。 根據(jù)公式 10 和 11 以及圖 23，下列折射角 γ6 和 γ20 也屬于振幅下降 6 分貝和 20 分貝的重要情況
對于盤式振蕩器：
γ6 = 反正弦 0.51 λ/D
γ20 = 反正弦 0.87λ/D
對于矩形振蕩器：
γ6= 反正弦 0.44 λ/s
γ20 = 反正弦 0.74 λ/s
（s = 振蕩器可選的一面（a 或 b））
聲壓 p 隨距傳感器的距離 z 的變化而變化。 以下適用于盤式傳感器：
（D：傳感器直徑；z：距離）對于較大的 z 距離，公式 (12) 可近似表示為
在 dE3 系統(tǒng)中，這變成為：
以下內(nèi)容適用于所有傳感器，無論其形狀如何：距離較遠(yuǎn)時，聲壓振幅隨距離的增加而按比例減?。ü?13），或者：針對距離的對數(shù)（公式 14）繪制的聲壓曲線是一條直線。 這種關(guān)系所適用的區(qū)域就是“遠(yuǎn)場”。 近場和遠(yuǎn)場之間的區(qū)域被稱為“過渡區(qū)域”。 圖 25 給出了方形傳感器的距離定律，該定律不像在方程 12 中那樣容易描述。
表 4 是一個輔助表格，用于估算使用盤式及矩形傳感器進(jìn)行自由聲場和回波探測時的聲束寬度。 接著按如下方式計算光束寬度（從軸線開始測量）：
表 5 研究了不同盤式傳感器在不同介質(zhì)中的近場長度。
