1. 圓(yuan)盤波(bo)源縱波(bo)聲場(chang)

 在(zai)(zai)不考慮介質中衰減的(de)情況下，圓盤(pan)波(bo)源(yuan)在(zai)(zai)理想液體介質中振動輻射聲波(bo)，其中某一(yi)點波(bo)源(yuan)d,在(zai)(zai)波(bo)源(yuan)軸線上Q點所引(yin)起的(de)聲壓為（圖(tu)2.13)

基于波(bo)的(de)疊加原(yuan)理，整個圓盤波(bo)源上(shang)各點(dian)(dian)(dian)在Q點(dian)(dian)(dian)引起的(de)聲壓疊加，就(jiu)是Q點(dian)(dian)(dian)處(chu)的(de)聲壓，由此可得(de)到軸線上(shang)任一點(dian)(dian)(dian)的(de)聲壓幅值為

波(bo)源軸線上的聲壓隨(sui)距離(li)變化的情況如圖2.14所示。

 由于(yu)波(bo)的干涉，在(zai)波(bo)源附近(jin)區域(yu)(yu)會出現一(yi)(yi)系(xi)列聲壓極(ji)大(da)極(ji)小(xiao)值，這(zhe)片區域(yu)(yu)稱為近(jin)場(chang)區，也稱菲涅(nie)爾(er)區（Fresnel).在(zai)近(jin)場(chang)區由于(yu)波(bo)源上各點到軸(zhou)線上某(mou)一(yi)(yi)點的距離不同，存在(zai)波(bo)程差，互相疊(die)加時存在(zai)相位差，出現互相干涉，進(jin)而出現聲壓極(ji)大(da)極(ji)小(xiao)值點。

波源(yuan)(yuan)到波源(yuan)(yuan)軸(zhou)線上最后一個聲(sheng)壓(ya)極大值間(jian)的距離(li)稱為(wei)近場區長度(du)，常用(yong)N表示。由軸(zhou)線上任一點的聲(sheng)壓(ya)幅值公式進一步化簡可得極大值出現的位置為(wei)

在近(jin)場區(qu)檢(jian)測容易引起誤判，甚至漏檢(jian)，因(yin)此探(tan)傷過程中盡可(ke)能(neng)避免在近(jin)場區(qu)檢(jian)測。

波(bo)源軸線上一點到(dao)波(bo)源距離大(da)(da)于N的區(qu)(qu)域稱(cheng)為(wei)遠(yuan)場區(qu)(qu)，又稱(cheng)弗朗合費區(qu)(qu)（Fraunhofer)。遠(yuan)場區(qu)(qu)軸線上的聲(sheng)壓(ya)隨距離增加而單調遞(di)減(jian)。當x大(da)(da)于3N時，聲(sheng)壓(ya)、距離兩者成(cheng)反比，近似球面(mian)波(bo)，此時聲(sheng)壓(ya)為(wei)

這時波(bo)源各點(dian)到(dao)軸(zhou)線上一(yi)點(dian)的(de)波(bo)程(cheng)差很小(xiao)，引(yin)起的(de)相位差也(ye)很小(xiao)，干涉非常小(xiao)，因此在遠(yuan)場區軸(zhou)線上看不到(dao)聲壓的(de)極大(da)極小(xiao)值接連出現的(de)現象。

點波源d_s在到波源足夠遠的任一點M(r,θ)引起的聲壓為

圖2.15中(zhong)點M(r,θ)與波(bo)源軸線(xian)上(shang)同(tong)距離處(chu)聲壓P(r,0)之比(bi)，稱為指向性系數，常用D.表(biao)示(shi)：

 從圓盤聲源出發，聲源所輻射的能量集中(zhong)在一(yi)定(ding)區域內，以束狀傳播，稱為聲束的指(zhi)向性。用(yong)聲束邊緣線(xian)(xian)與軸線(xian)(xian)之(zhi)間的夾角(jiao)(jiao)來評價聲束指(zhi)向性好壞，這個夾角(jiao)(jiao)稱為半擴散角(jiao)(jiao)，常用(yong)θ表示。圓盤聲源聲束如圖2.16所示。

由圖2.17可知：

a. 在(zai)聲源(yuan)軸線(xian)上(shang)某一點(dian)到聲源(yuan)的(de)距(ju)離(li)足夠遠時，這一點(dian)所在(zai)橫(heng)截(jie)面上(shang)各點(dian)的(de)聲壓(ya)是不同的(de)，且以軸線(xian)上(shang)聲壓(ya)最(zui)高。當(dang)缺陷與波束軸線(xian)垂直時，儀(yi)器上(shang)顯示回波最(zui)高就是由于這個原(yuan)因。

b. 在聲束縱波聲場中存在一些聲壓為(wei)0的圓(yuan)錐(zhui)面。由y=kR，sinθ=3.83 可(ke)得

此的θ₀ 稱為第一半擴散角，也稱第一零值發散角，對應的還有y=7.02,10.17,···時稱為第二、第三、···零值發散角。

c. 當y>3.83時，｜D_c |<0.15.說明聲波能量主要集中于第一半擴散角以內，因此通常認為2θ₀ 以內的波束稱為主波束，當缺陷位于主波束范圍內時，才容易發現。

d. 超聲(sheng)波波源輻射的(de)超聲(sheng)波是(shi)以聲(sheng)束的(de)形(xing)式向(xiang)外(wai)擴(kuo)散出去的(de)，但實際上(shang)并非開始于波源處，而是(shi)在(zai)波源附近存在(zai)的(de)一個(ge)未擴(kuo)散區b,其理想形(xing)狀如圖2.18所示。

距離波源(yuan)大于b的區(qu)(qu)域成為擴散區(qu)(qu)，波束在擴散區(qu)(qu)中(zhong)會逐漸衰(shuai)減。

2. 矩形波源(yuan)縱波聲場

矩(ju)形波(bo)源(yuan)振動時(shi)在(zai)理想液(ye)體(ti)介質(zhi)中的縱(zong)波(bo)聲(sheng)場(chang)與圓盤(pan)波(bo)源(yuan)一(yi)樣有近場(chang)區和未(wei)擴(kuo)散(san)角等。但是在(zai)近場(chang)區內(nei)聲(sheng)壓分布比圓盤(pan)聲(sheng)源(yuan)更為(wei)繁雜，計算困難，其遠場(chang)區聲(sheng)源(yuan)軸線上任一(yi)點Q(r,0,φ)處的聲(sheng)壓可以通過液(ye)體(ti)介質(zhi)中的聲(sheng)場(chang)理論(lun)推導出來，如下：

所以矩形波源(yuan)發出的(de)縱波聲(sheng)(sheng)場(chang)與圓盤聲(sheng)(sheng)源(yuan)不(bu)同，具有兩(liang)個不(bu)同的(de)半擴散角，聲(sheng)(sheng)場(chang)為矩形。