脈沖波聲場的計算方法:首先通過傅里葉變換將輻射面上的脈沖波函數表示為許多單頻波的疊加,即求出脈沖波的頻譜,將其代入基爾霍夫積分,求出場中包含有各頻率成分的頻譜函數分布;然后對頻譜函數分布進行逆傅里葉變換,便得到時域脈沖波的場分布。
寬脈沖探頭發射的超聲波在聲束軸線上聲壓分布接近于連續激勵的情況。對于窄脈沖,原則上不能按照連續波導出的公式進行計算,而應該求出所包含的每一諧波的近場長度和半擴散角,然后求其合成的結果。如圖1-11所示,高頻成分的近場長,低頻成分則相反。由于各不同頻率諧波的聲壓疊加時,峰谷值互相抵消,因此合成聲壓在近場的分布趨于均勻。
此外,脈沖寬度對超聲脈沖的聲壓-距離特性有一定影響。脈沖越窄,聲壓-距離特性曲線越平坦。與此類似,凡是有干涉現象時(例如橫波探測矩形槽時),使用窄脈沖都能減少干涉現象的影響。
對于窄脈沖,還要注意不同頻率諧波成分的擴散角。高頻諧波成分擴散角小,低頻諧波成分擴散角大。在遠場軸線上,脈沖形狀與發射脈沖基本相同,而在偏離軸線的區域,由于上述頻率成分的變化,會使得脈沖形狀產生畸變。
圖1-11窄脈沖探頭聲束軸線上各諧波成分的理論聲壓分布曲線
超聲波在材料中傳播時的衰減與頻率有關,對于多晶金屬材料,瑞利散射情況下的衰減系數與頻率的四次方成正比,此時由于高頻諧波衰減非常嚴重,因此,在材料中傳播的窄脈沖信號的頻率組成會發生變化,因而脈沖形狀也要變化。
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