Page 56 - 《应用声学》2020年第3期

376 2020 年 5 月

5 1.0
ഷՔ᫂ए/mm 0 0.6
0.8
0.4

-5 0.2
85 90 95 100 105
10
ᣉՔ᫂ए/mm
(a) ኎Ԓए
5 1.0 5
ഷՔ᫂ए/mm 0 0.6 ᣉՔ᫂ए/mm 0
0.8

0.4
-5 0.2 -5
45 50 55 60 65
ᣉՔ᫂ए/mm
(b) ˗ᫎᘙː᣸Ԓ
-10
5 1.0 -5 0 5
ഷՔ᫂ए/mm 0 0.6 (d) ܦཥ۫ᣃझࠫඋ
0.8
ഷՔ᫂ए/mm
0.4
0.2
-5
110 115 120 125 130
ᣉՔ᫂ए/mm
(c) ˗ᫎԒː᣸ᘙ
图 3 声焦域对比图
Fig. 3 Sound focal field comparison chart

前面给出了两种类型变厚度聚焦换能器的具 是将图 3(a) ∼ 图 3(c) 三幅图的声焦域轮廓在同一
体参数，对于中间薄两边厚换能器：最低频率为 刻度坐标下进行对比，声焦域轴向长度的变化更为
0.93 MHz、最高频率为 1.07 MHz；中间厚两边薄换 显著。
能器：最低频率为0.99 MHz、最高频率为1.02 MHz。 从图 3(a) ∼ 图 3(c) 可以看出，等厚度、中间薄
为了使对比更有说服力，等厚度聚焦换能器的开口 两边厚、中间厚两边薄聚焦换能器的焦距分别为
直径和辐射面的曲率半径与变厚度聚焦换能器相 94 mm、56 mm、116 mm，而3 种换能器的几何焦距
同，频率 f 为 1 MHz。分别计算了等厚度及两种类 均为 94 mm，说明等厚度聚焦换能器的焦距与几何
型变厚度聚焦换能器的声焦域，如图3所示。 焦距相同，但变厚度聚焦换能器的焦距均不在其几
图 3(a) 为等厚度聚焦换能器声焦域，轴向长 何焦距处，中间薄两边厚是偏向换能器侧，中间厚两
度为 12.6 mm。与图 3(a) 中声焦域轴向长度相比， 边薄是远离换能器侧，引起这种现象的原因有待进
图 3(b) 为中间薄两边厚换能器声焦域，轴向长度为 一步研究。
4 mm，说明中间薄两边厚换能器能压缩声焦域轴向 图3中的中间薄两边厚及中间厚两边薄聚焦换
长度；图 3(c) 为中间厚两边薄换能器声焦域，轴向 能器均为连续变厚度的情况，以中间薄两边厚聚焦
长度为 24 mm，说明中间厚两边薄换能器能拉伸声 换能器为例，考虑在离散情况下声焦域轴向长度的
焦域轴向长度。对比图3(b)、图3(c)可知，变厚度聚 变化规律，分别计算了在双频、7 个、15 个和 17个不
焦换能器中心到边缘的厚度变化趋势与声焦域轴 同频率情况下的声焦域，这些不同频率的取法为将
向长度变化相关，当中心到边缘的厚度呈增加趋势 中间薄两边厚聚焦换能器最高与最低频率之差进
时，则能压缩声焦域轴向长度；当中心到边缘的厚度 行等分，计算 n 个不同频率就将其分成 n − 1 份，计
呈减小趋势时，则能拉伸声焦域轴向长度。图 3(d) 算结果如图4所示。