目前,超声场的模拟(仿真)和可视化研究,已经成为热门课题,并在解决超声理论问题上,得到了一些应用。因此,超声场及其表征这些基础知识,也就更加突出地摆在我们面前了。本文发表了些讨论意见,希望和朋友们沟通。
1 超声场的定义和释义
1.1连续超声场
连续超声场似应做如下定义:
弥漫着晶片发射超声波能的介质空间,常以瞬间(相同的某一时刻)的三维声压图表示。
教材上给出的超声场示意图往往是理想超声场某一时刻的三维声压图。如资料〔1〕的图3-2至图3-7。什么是“理想超声场”呢?第一,假想晶片上各点同时、均匀受电脉冲激发,晶片做类似活塞式振动;第二,介质为液体,液体内某点压强在各个方向上是相等的,有压差,就迅速以振动方式传递;第三,声源连续发射超声波,介质空间某点的声压,只与该点在声场的位置有关,稳定了,不随时间变化了。因为我们讨论的前提是:这个空间已经被超声能弥漫了。
晶片发射的超声能集中在第1零值半扩散角θo限制的主声束中,连续波的超声场范围也常以主声束表示。
1.2 脉冲超声场
脉冲超声场似应做如下定义:
晶片发射超声能所波及的介质空间,常以脉冲传播到时的声压图表示。
资料〔1〕把脉冲超声场称为“实际声场”。我很赞同这一提法,因为脉冲超声场才是我们实际使用的声场。资料〔1〕第64~65页文字和图3-14具体分析了“实际声场”和“理想声场”的声压之不同,很有说服力。我想补充说明:对脉冲超声场而言,介质空间某点的声压,是不稳定的,是随着时间到来而短促(“闪烁”)存在的;或者说,脉冲超声场是一幅由近而远传播的、不同时存在的声压图。
附:为什么超声场强弱用声压表示呢?
这是因为声压和示波屏上下偏转板电压,以及示波屏显示的超声信号幅度成正比。超声场各处声压恰恰是用规定反射体的回波幅度来测量的。
2 超声场表征中的几个问题
教材对超声场的表征,我们是熟悉的。
我的问题是:
1)因为超声脉冲频带有一定宽度范围,随着“标称频率”这一术语的出现,自然应该出现“标称波长”。那么与波长有关的表征超声场的参数,如“近场长度”、“声束未扩散区长度”、“半扩散角”等,似乎前面均应冠以“标称”二字,因为它们都成了有一定范围的概念。
2)对于宽频带探头,其非检波脉冲(时域响应),是不均匀的几个半周(如TOFD底面反射波有的似有6个半周),它们转换成TOFD的黑或白条,宽窄也是不均匀的。是否幅度较高的半周(即处于脉冲中间的半周)对应的白条或黑条,比较窄呢?不均匀的几个半周有哪些规律呢?这方面所见论述甚少。
3)超声远场的声压,会因离声轴远近 (或偏离角度)不同而不同,这是我们已知的,这是声压的“空域响应”;频率也有类似的情形么?有人认为:“靠近主声轴附近的缺陷回波以高频信号为主,则黑白条宽度小。远离主声轴的缺陷回波以低频信号为主,黑白条宽度大。”、“直通波处的频率最低。”
这种论述正确么?如果正确,这是否表明:脉冲超声场,不但有“时域响应”,还有个频率的“空域响应”问题呢?
参考文献
资料〔1〕:郑晖 林树青主编《超声检测》(2008版)
资料〔2〕:GB/T12604.1-2005《无损检测术语 超声检测》。
资料〔3〕:GB/T18694-2002《无损检测 超声检测 探头及其声场的表征》。
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