Распространение ультразвука

В рабочем приближении луч от обычного несфокусированного дискового преобразователя понимается как столп энергии, который распространяется от активного элемента, увеличиваясь в диаметре и постепенно рассеиваясь.

Диаграмма направленности (ДН)

Акустическое поле преобразователя делится на 2 зоны – ближнюю и дальнюю.

Ближняя зона - это участок акустического поля, где давление звука варьируется от минимума до максимума. Оно заканчивается на последнем максимуме оси на расстоянии N от поверхности преобразователя.

Расстояние N ближнего поля является естественным фокусом преобразователя.

Дальняя зона - это участок акустического поля после N, где звуковое давление постепенно уменьшается до нуля по мере увеличения диаметра луча и рассеяния его энергии. Расстояние ближнего поля зависит от частоты и диаметра преобразователя, а также от скорости звука в исследуемой среде. Оно рассчитывается следующим образом для круглых элементов, наиболее часто используемых в УЗК:

где N - длина ближнего поля, D - диаметр элемента, f - частота, C - скорость звука в материале, λ - длина волны ().

Из-за вариаций давления звука в ближней зоне не всегда удается адекватно оценить дефекты амплитудными методами (измерение толщины в ближнем поле не представляет проблем). Кроме того, значение N – это максимальное расстояние, на котором возможна фокусировка луча с помощью акустической линзы или фазовой синхронизации. Иммерсионные преобразователи могут быть сфокусированы (с помощью акустических линз) для создания луча формы песочных часов, который сначала сужается к маленькой фокусной точке, а затем расширяется. Некоторые виды преобразователей с линией задержки также могут быть сфокусированы. Фокусировка луча очень удобна при контроле труб малого диаметра или изделий с переменным радиусом кривизны, поскольку сосредотачивает акустическую энергию в маленькой зоне и улучшает характеристики эхо-сигнала.