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文檔簡(jiǎn)介
聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)第三章第一頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)輻射:聲源的振動(dòng)在周圍的介質(zhì)中激發(fā)聲波。研究?jī)?nèi)容:根據(jù)聲源的特性確定聲場(chǎng)的性質(zhì);介質(zhì)性質(zhì)對(duì)聲源的影響。如聲場(chǎng)的空間分布;隨距離變化的規(guī)律;輻射阻抗對(duì)激發(fā)聲源振動(dòng)的影響。第3章輻射聲場(chǎng)與規(guī)則體的回波聲壓第二頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
一、聲源類型1.脈動(dòng)球源:輻射對(duì)稱球面波球坐標(biāo)下的聲壓為A取決于球面振動(dòng)情況,表明聲場(chǎng)的特征與球面的振動(dòng)有關(guān)。3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第三頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
設(shè)球面表面的振動(dòng)速度是邊界條件:在球的表面處,媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)速度等于球源表面的振動(dòng)速度。
3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第四頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
脈動(dòng)球源輻射聲壓A值不僅與球源的振速有關(guān),與聲源大小、輻射頻率有關(guān)。3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)A的表達(dá)式第五頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
1)聲源半徑比較小或頻率比較低點(diǎn)聲源2)聲源半徑比較大或頻率比較高
有當(dāng)振動(dòng)速度一定時(shí),有:聲源振面大時(shí),輻射聲壓大,反之就??;振動(dòng)面越大,低頻聲越豐富。3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)討論:第六頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
輻射阻抗:聲源大小和聲波頻率不一樣時(shí),輻射聲壓不同,即聲源的輻射特性不同。聲源使介質(zhì)發(fā)生形變,產(chǎn)生聲波;輻射的聲場(chǎng)對(duì)聲源有反作用。結(jié)論:介質(zhì)的特性阻抗影響聲源的振動(dòng)。增加了系統(tǒng)的阻尼作用,能量以聲能傳播;增加了聲源的質(zhì)量-同振質(zhì)量。當(dāng)3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第七頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
2.點(diǎn)聲源:脈動(dòng)球源的半徑無(wú)限縮小的極限情況,即此時(shí),其中點(diǎn)源輻射聲壓在理論分析中非常重要。<<1稱為點(diǎn)源強(qiáng)度。3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第八頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
3.組合聲源線狀陣列聲源:等間距點(diǎn)源組成平面聲源:同一平面上的點(diǎn)源組成3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第九頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
4.活塞聲源定義:處于發(fā)射狀態(tài)的晶片作像活塞一樣的往復(fù)振動(dòng)平面聲源固定在無(wú)限大障板上向半空間輻射聲波3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)活塞聲源的特點(diǎn):有限大小的平面聲源;振動(dòng)方向沿平面的法線方向;振動(dòng)面上各點(diǎn)的速度振幅和位相都相同;在平衡位置附近進(jìn)行往復(fù)的周期運(yùn)動(dòng)。
第十頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
二、圓形活塞聲源輻射的聲場(chǎng)
幾點(diǎn)假設(shè):活塞上各點(diǎn)的振動(dòng)是同相同速;整個(gè)聲源由無(wú)限多個(gè)小聲源組成;每個(gè)小聲源向半空間輻射對(duì)稱球面波;聲場(chǎng)中的每一點(diǎn)的聲壓是每個(gè)小聲源輻射聲波的疊加。3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第十一頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
1.聲場(chǎng)中的遠(yuǎn)場(chǎng)聲壓分布特性
研究聲場(chǎng)中任意點(diǎn)的聲壓表達(dá)式聲源中有一個(gè)小的單元
在Q點(diǎn)產(chǎn)生的聲壓:
ds3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第十二頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
Q點(diǎn)的聲壓是整個(gè)圓形聲源上所有小聲源在Q點(diǎn)產(chǎn)生的聲壓的疊加
3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第十三頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
當(dāng)Q點(diǎn)距圓形聲源足夠遠(yuǎn)時(shí),用
代替當(dāng)根據(jù)二項(xiàng)式定理,有3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第十四頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
把上面的幾個(gè)近似帶入聲壓表達(dá)式,有
3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第十五頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)對(duì)于積分式進(jìn)行數(shù)學(xué)處理,根據(jù)貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)第十六頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
有
3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第十七頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
結(jié)論:圓形聲源輻射的聲場(chǎng)中的聲壓隨距離r,時(shí)間t而變,在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū),聲壓與距離成反比;在相同距離不同方向的位置上,聲壓是不均勻的,當(dāng)時(shí),聲場(chǎng)的聲壓最大。產(chǎn)生原因:各個(gè)小面元產(chǎn)生的聲波相位不同產(chǎn)生干涉,干涉的結(jié)果使聲場(chǎng)出現(xiàn)指向性。3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第十八頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
2.聲軸線上聲壓幅值的分布特性
此時(shí),取一個(gè)微小圓環(huán),
進(jìn)行積分計(jì)算,得:此表達(dá)式是活塞軸上聲場(chǎng)的嚴(yán)格解3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第十九頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
聲壓幅值為這是當(dāng)量法缺陷定量中最基本的公式
3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第二十頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
3.近場(chǎng)區(qū)內(nèi)的聲壓分布當(dāng)從P由結(jié)論:在聲軸線上出現(xiàn)聲壓極大和極小值3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第二十一頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
近場(chǎng)區(qū):
波源附近由于波的干涉而出現(xiàn)一系列聲壓極大極小值的區(qū)域。原因:
聲源各點(diǎn)到軸線上的某點(diǎn)的距離不同,存在聲程差,聲波在此點(diǎn)疊加時(shí),產(chǎn)生干涉。在整個(gè)軸線上,有些點(diǎn)的聲壓得到加強(qiáng),有些點(diǎn)的聲壓減弱,因而形成聲壓極大值和極小值。
3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第二十二頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
Z比較小時(shí):
位置上聲壓出現(xiàn)極小值位置上聲壓出現(xiàn)極大值Z比較大,Z>2a時(shí),正弦函數(shù)展開后取近似,有
近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度:3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第二十三頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
結(jié)論:近場(chǎng)長(zhǎng)度與波長(zhǎng)成反比,與聲源面積成正比。3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第二十四頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
4.遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)聲壓分布特性當(dāng)結(jié)論:軸線上的聲壓與距離成反比,與聲源面積成正比。3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第二十五頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
特點(diǎn):聲軸線上的聲壓隨距離增加單調(diào)減少,當(dāng)聲程大于三倍近場(chǎng)長(zhǎng)度時(shí),聲壓與距離成反比,近似球面波的規(guī)律。3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第二十六頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第二十七頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
計(jì)算水中的近場(chǎng)距離:頻率為1兆赫茲,波長(zhǎng)為:
3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)鋼中縱波的近場(chǎng)距離,頻率為1MHz
鋼中橫波的近場(chǎng)距離,頻率為1MHz第二十八頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
5.聲束指向性和半擴(kuò)散角指向性是指其發(fā)射聲壓的幅值隨著方位角的變化而變化的一種特性。指向性系數(shù):聲場(chǎng)中遠(yuǎn)處任意一點(diǎn)處的聲壓與聲源軸線上同距離處聲壓的比值。
3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第二十九頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五由于
指向性形成的原因:聲源各部分所發(fā)射聲波在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域中干涉疊加的結(jié)果,將輻射面上每一點(diǎn)看作聲源,點(diǎn)聲源所產(chǎn)生的聲波是沒(méi)有指向性的球面波,所有這些子波相互疊加,在輻射空間的遠(yuǎn)場(chǎng)便形成了指向性。簡(jiǎn)單地說(shuō),指向性表示在遠(yuǎn)場(chǎng)中距離相同的點(diǎn),聲壓幅值與角度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第三十頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第三十一頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
指向特性同活塞的尺寸與波長(zhǎng)的比值有關(guān)聲源尺寸與波長(zhǎng)比較較小時(shí),輻射的聲壓幾乎沒(méi)有指向性,指向性圖是個(gè)圓;隨著聲源尺寸的增大或頻率的提高,指向性越來(lái)越尖銳,并且除了主瓣還出現(xiàn)了旁瓣,并且逐漸增多。3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第三十二頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
半擴(kuò)散角一階貝塞爾函數(shù)為零
這是主瓣半聲束極限角-半擴(kuò)散角3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第三十三頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于2023年,星期五
6.聲束未擴(kuò)散區(qū)與擴(kuò)散區(qū)3.1活塞聲源的輻射聲場(chǎng)第三十四頁(yè),共三十七頁(yè),編輯于
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