超聲波檢測(cè)過(guò)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(zhǎng)，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(gè)很小的扇形區(qū)中進(jìn)行確認(rèn)。 聲場(chǎng)的基本部分（也是測(cè)試中最重要的部分）位于聲場(chǎng)的一個(gè)狹窄區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域被稱(chēng)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(gè)聲音輻射點(diǎn)的陣列。 來(lái)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(shí)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(huì)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(huì)有很大差異。 圖 21 展示了使用 D/λ = 10 的晶體時(shí)，聲波由于干擾而被束縛在一個(gè)狹窄的扇形區(qū)域內(nèi)。 在傳感器的正前方區(qū)域有一個(gè)聲壓變化很大的區(qū)域，即“近場(chǎng)”。 傳感器最大聲壓所在的最遠(yuǎn)位置處標(biāo)志著近場(chǎng)的末端。 聲束在該點(diǎn)最為密集。 每個(gè)聲源都有這樣一個(gè)近場(chǎng)，但其形狀受傳感器外形的影響。
在檢測(cè)材料時(shí)，了解聲束的哪一部分適合檢測(cè)（即探頭的工作范圍）非常重要。 我們經(jīng)常會(huì)面對(duì)這樣一個(gè)問(wèn)題：對(duì)于圓盤(pán)狀的平面?zhèn)鞲衅鱽?lái)說(shuō)，如果來(lái)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(huì)超過(guò)一個(gè)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(huì)被同一探頭拾取，降低的值不變 (R < 1)。 返回信號(hào)獨(dú)立于反射器（點(diǎn)），與聲軸相比，其位置用因子 R2 來(lái)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(chǎng)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(chǎng)中的限制，在近場(chǎng)中則顯示為包絡(luò)線。 除此聲束外，其他聲壓均無(wú)需深究。 圖 22 展示了探頭的聲輻射模型。
近場(chǎng)顯示的光束直徑與晶體直徑大致相同，但在近場(chǎng)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?yàn)閳A盤(pán)狀晶體垂直于聲軸的聲壓振幅 p 遵循以下公式。
對(duì)于矩形晶體，以下內(nèi)容適用。
其中，對(duì)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(duì)于盤(pán)式振蕩器：
γ6 = 反正弦 0.51 λ/D
γ20 = 反正弦 0.87λ/D
對(duì)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(pán)式傳感器：
（D：傳感器直徑；z：距離）對(duì)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(wú)論其形狀如何：距離較遠(yuǎn)時(shí)，聲壓振幅隨距離的增加而按比例減小（公式 13），或者：針對(duì)距離的對(duì)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(chǎng)”。 近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)之間的區(qū)域被稱(chēng)為“過(guò)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(gè)輔助表格，用于估算使用盤(pán)式及矩形傳感器進(jìn)行自由聲場(chǎng)和回波探測(cè)時(shí)的聲束寬度。 接著按如下方式計(jì)算光束寬度（從軸線開(kāi)始測(cè)量）：
表 5 研究了不同盤(pán)式傳感器在不同介質(zhì)中的近場(chǎng)長(zhǎng)度。
