声学检测技术第三章讲稿.ppt

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1、声学检测技术第三章第一页，讲稿共三十七页哦 3.1活塞声源的辐射声场辐射：声源的振动在周围的介质中激发声波。研究内容：根据声源的特性确定声场的性质;介质性质对声源的影响。如声场的空间分布；随距离变化的规律；辐射阻抗对激发声源振动的影响。第3章 辐射声场与规则体的回波声压第二页，讲稿共三十七页哦 一、声源类型1.脉动球源：辐射对称球面波0rdrr球坐标下的声压为)(krtjerAp A取决于球面振动情况，表明声场的特征与球面的振动有关。)(00)11(krtjrejkrcrAvdtrpvr013.1 活塞声源的辐射声场第三页，讲稿共三十七页哦 设球面表面的振动速度是 边界条件：在球的表面处，媒质

2、质点速度等于球源表面的振动速度。)(0krtjaevv球球vvrrr0)()()(000)11(krtjakrtjrevejkrcrAv3.1 活塞声源的辐射声场avjkrcrA)11(000第四页，讲稿共三十七页哦 jeAA 202000)(1krvkrcAa)1(0krarctg)(krtjerAp脉动球源辐射声压 A值不仅与球源的振速有关，与声源大小、辐射频率有关。3.1 活塞声源的辐射声场)(11)11(02020020000200000jkrrkckrvjkrckrjvjkrcrvAaaaA的表达式第五页，讲稿共三十七页哦 202000)(1krvkrcAa1）声源半径比较小或频率比

3、较低 点声源2）声源半径比较大或频率比较高 有当振动速度一定时，有：声源振面大时,辐射声压大，反之就小；振动面越大，低频声越丰富。3.1 活塞声源的辐射声场讨论：10kraLvkrcA200010kraHvrcA000HLAA第六页，讲稿共三十七页哦 辐射阻抗：声源大小和声波频率不一样时，辐射声压不同，即声源的辐射特性不同。声源使介质发生形变，产生声波；辐射的声场对声源有反作用。结论：介质的特性阻抗影响声源的振动。增加了系统的阻尼作用，能量以声能传播；增加了声源的质量-同振质量。rrrjXRZ当3.1 活塞声源的辐射声场10kr02000)(SkrcRr10kr000ScRr0000SkrcX

4、r0rX第七页，讲稿共三十七页哦 2.点声源：脉动球源的半径无限缩小的极限情况，即 此时，其中点源辐射声压在理论分析中非常重要。0kr2a时，正弦函数展开后取近似，有 近场区长度:nzzD)4(222)12()4(22nzzDsnFaZ23.1 活塞声源的辐射声场zzzkazzDn2sin4sin)4(sin222nZ第二十三页，讲稿共三十七页哦 结论：近场长度与波长成反比，与声源面积成正比。3.1 活塞声源的辐射声场第二十四页，讲稿共三十七页哦 4.远场区声压分布特性 当结论:轴线上的声压与距离成反比，与声源面积成正比。)4(sin2220zzDppaz2)2sin(220app 23az

5、3.1 活塞声源的辐射声场zFpzappa020第二十五页，讲稿共三十七页哦 特点：声轴线上的声压随距离增加单调减少，当声程大于三倍近场长度时，声压与距离成反比，近似球面波的规律。3.1 活塞声源的辐射声场第二十六页，讲稿共三十七页哦 3.1 活塞声源的辐射声场第二十七页，讲稿共三十七页哦 计算水中的近场距离：频率为1兆赫兹，波长为：mmfc5.1101105.166mmaZn7.665.110223.1 活塞声源的辐射声场钢中纵波的近场距离，频率为1MHz 钢中横波的近场距离,频率为1MHzmmfcl9.5101109.566mmazn9.169.51022mmfcs2.3101102.36

6、6mmzan25.312.31022第二十八页，讲稿共三十七页哦 5.声束指向性和半扩散角指向性是指其发射声压的幅值随着方位角的变化而变化的一种特性。指向性系数 ：声场中远处任意一点处的声压 与声源轴线上同距离处声压 的比值。sin)sin(221)(0200kakaJeravjpkrtjaCD),(rP)0,(rP3.1 活塞声源的辐射声场第二十九页，讲稿共三十七页哦由于 指向性形成的原因：声源各部分所发射声波在远场区域中干涉叠加的结果，将辐射面上每一点看作声源，点声源所产生的声波是没有指向性的球面波，所有这些子波相互叠加，在辐射空间的远场便形成了指向性。简单地说，指向性表示在远场中距离相同

7、的点，声压幅值与角度的对应关系。sin)sin(20sin)0sin(2sin)sin(2)()()(1110kakaJkakaJkakaJppDaac3.1 活塞声源的辐射声场21)(01xxxJ第三十页，讲稿共三十七页哦 3.1 活塞声源的辐射声场第三十一页，讲稿共三十七页哦 指向特性同活塞的尺寸与波长的比值有关 声源尺寸与波长比较较小时，辐射的声压几乎没有指向性，指向性图是个圆；随着声源尺寸的增大或频率的提高，指向性越来越尖锐，并且除了主瓣还出现了旁瓣，并且逐渐增多。3.1 活塞声源的辐射声场第三十二页，讲稿共三十七页哦 半扩散角 一阶贝塞尔函数为零 83.3sinkaDaka22.1a

8、rcsin61.0arcsin83.3arcsin这是主瓣半声束极限角半扩散角D22.1arcsin03.1 活塞声源的辐射声场第三十三页，讲稿共三十七页哦 6.声束未扩散区与扩散区22022.1sinbaaD2261.0baaaNNab64.161.0161.02nzb3.1 活塞声源的辐射声场0第三十四页，讲稿共三十七页哦 三、矩形晶片辐射的声场 sincos)sincossin(cossin)cossinsin(),(0kbkbkakarFprps3.1 活塞声源的辐射声场第三十五页，讲稿共三十七页哦 两个特定面内的声场指向性系数XOZ面内sin)sinsin()0,(0kakarFprpssin)sinsin()0,0,()0,(kakarPrPD0aab2572arcsin),0,(rQr0rb2a2oxyz3.1 活塞声源的辐射声场第三十六页，讲稿共三十七页哦 ZOY面内 90sin)sinsin()90,(0kbkbrFprpssin)sinsin()90,0,()90,(kbkbrprpDbbb2572arcsinxyz),90,(rQr0r3.1 活塞声源的辐射声场第三十七页，讲稿共三十七页哦