1.聚焦声场的获得

尽管超声波具有良好的指向性，但常规的纵波声场或横波声场，声束仍是以一定的角度（半扩散角）向外扩散出去的，对粗晶材料检测或要求较高的检测来说，能量仍不够集中，缺陷定量精度较差。聚焦声源发射的声场具有声束细、能量集中、分辨力好和灵敏度高等优点。用聚焦探头探测粗晶材料已经有了较好的效果，另外利用聚焦探头测定大型缺陷的面积或指示长度也比常规探头精确。

根据探头是否与被测工件直接接触将聚焦检测分为两类，即液浸聚焦和接触聚焦两大类。液浸聚焦技术已发展得比较完善。

液浸聚焦如图2-61所示，它是利用平面波入射到c₁>c₂（c₁为透镜中的声速，c₂为液体中的声速）的平凹型透镜上，通过弯曲界面后的折射波聚焦的原理制成的。当透镜为球面镜时，获得点聚焦；当透镜为柱面镜时，获得线聚焦。图2-61中的焦距为

式中 R——声透镜弯曲界面的曲率半径；

c₁——声透镜中的声速；

c₂——液体中的声速，n=c₁/c₂。

接触聚焦如图2-62所示，它是在声透镜前面加了一个透声楔块，并且要求声透镜中的声速c₁大于透声楔块中的声速c₂。由图可知，它是利用平面波入射到c₁>c₂的平凹透镜上折射波聚焦，该聚焦折射波再入射到c₂>c₃（c₃为工件中的声速）的平界面（即工件表面）上，其折射波在工件内进一步聚焦。

前面讲到，利用聚集原理能获得点聚焦或线聚焦声场，其实那只是在理想状况下的情形。实际应用时是得不到纯粹的点聚焦或线聚焦的，能得到的是聚焦声束的一个聚焦区，该聚焦区呈柱形。这主要是因为理想聚焦是建立在几何声学的基础上的，而几何声学忽略了声波的波动性，在焦点附近，声波是存在干涉的。

2.聚焦声束轴线上的声压分布特点

以水浸聚焦为例来说明聚焦声场的分布。设聚焦声源半径为R，在声程x>R，焦距F>R的条件下，聚焦声束轴线上的声压近似表达式为

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图2-61 液浸聚焦示意图

图2-62 接触聚焦示意图

式中 P₀——波源起始声压；

x——至波源的距离；

F——焦距；

B——参数，B=R²/λF=N/F，R为波源半径。

由式（2-95）可知，焦距F越小，B值就越大，聚焦效果就越好。当焦距F大于或等于近场长度N时，B=N/F≤1，这时几乎没有聚焦作用。因此焦距应选在近场长度以内，否则就失去了聚焦的意义。

当x=F，即在焦点处，式（2-95）可简化为

P=πBP₀ （2-96）

式（2-96）表明，如果不考虑透镜带来的声能损失，焦点的声压相对于初始声压以大约3N/F的倍数增长。图2-63是计算得到的焦点附近声轴上的声压分布。从中可以看出B值对聚焦效果影响很大，B值大时，焦点处声压提高的倍数大，焦区短；B值小时，焦点处声压提高的倍数小，焦区长。要达到声能在焦点附近明显集中，B值至少为3或4。因此为了制作长焦距的探头，要求近场长度也应足够大，因而必须加大探头晶片的直径。

图2-63 聚焦声场声轴上的声压分布图