近場區(qū)長度是我們非常了解的概念，我們都知道由于近場區(qū)內(nèi)的聲壓不穩(wěn)定，不適用于超聲檢測。而三倍近場區(qū)長度以外的遠(yuǎn)場區(qū)，此時探頭的聲波與球面波規(guī)律相近，是超聲檢測的最佳區(qū)域。因此，我們都毫無置疑的認(rèn)為近場區(qū)是不利因素，應(yīng)盡量減小其長度。
超聲波聲場
NB/T47013.3-2015標(biāo)準(zhǔn)中，給出了探頭K值、標(biāo)稱頻率、探頭前沿等參數(shù)的規(guī)定，但是未給出探頭晶片尺寸選擇的參考，在編寫焊縫超聲檢測工藝中，如何選擇合適的探頭晶片尺寸，卻成為一道難解之題。
雖然大家都知道近場區(qū)長度是一個非常重要的參數(shù)，可是在實際操作中，有多少人去真正去測量近場區(qū)的長度呢？
很多人忽略了近場區(qū)的存在，而僅停留在理論層面。特別是橫波斜探頭的近場區(qū)長度。
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超聲波聲場近場區(qū)
直探頭的近場區(qū)長度無需測量，僅需簡單的公式計算即可得出。而橫波斜探頭與直探頭的原理大為不同，其的近場區(qū)長度也不同于直探頭。斜探頭的近場區(qū)長度測量，又成為了另一個難題。
有人會質(zhì)疑，特種設(shè)備超聲檢測教材中，不是給出了橫波斜探頭在鋼中的近場區(qū)長度計算公式嗎？又何談難題呢？
現(xiàn)在推薦一個簡單實用測量橫波斜探頭的方法
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橫波斜探頭鋼中剩余近場區(qū)長度計算公式
公式中，F(xiàn)S為晶片尺寸，λs2為被檢材質(zhì)的波長，L1為斜探頭入射點至波源距離。為了方便計算，教材給出cosβ/cosα和tanα/tanβ的值，如下表。
cosβ/cosα和tanα/tanβ的值
晶片尺寸、波長等值均可獲得，唯獨斜探頭入射點至波源的距離L1不知道。
有一個簡單而又實用測量L1值的方法。我們想想在調(diào)整儀器的掃描比例（校準(zhǔn)聲速）的時候，是不是有一個零偏值t0（零點、延遲，叫法不同）呢？
什么是零偏值呢？
零偏值是晶片發(fā)出的縱波聲束穿過有機(jī)玻璃的時間，其包括發(fā)射和接收傳播的時間。通常斜探頭的楔塊時為機(jī)玻璃，其縱波聲速是一個定值，有機(jī)玻璃縱波聲速一般約2700m/s，即L1=2.7×t0/2，單位mm。
結(jié)合教材中給出的公式和零偏值，即可算出橫波斜探頭在鋼中的近場區(qū)長度。
如：2.5P13×13K1的橫波斜探頭，測量其零偏值t0=6.78μs，實K值=1.01。通過公式可計算出鋼中剩余近場區(qū)長度，即鋼中剩余的近場區(qū)長度N=30mm。
另一個測量橫波斜探頭鋼中剩余近場區(qū)長度的方法
其實還有一個簡便方法，就是將不同規(guī)格的探頭，分別在CSK-IIIA試塊上制作DAC曲線，如果DAC曲線平滑，說明該點不在近場區(qū)內(nèi)，否則在近場區(qū)內(nèi)。
當(dāng)然近場區(qū)僅為一個重要因素，還有其他因素影響曲線平滑度，如試塊側(cè)壁干擾、探頭聲場、聲束未擴(kuò)散區(qū)等。如下圖規(guī)格為2.5P13×13K1的探頭制作的曲線，從制作的曲線可以看出，深度為40mm以內(nèi)的聲場都是不穩(wěn)定的，即換算成聲程為40/cos45°=56.6mm。（圖片來源：2.5P13×13K1在CSK-IIIA試塊上制作曲線，屏幕中水平坐標(biāo)為深度H）
CSK-IIIA試塊上制作曲線
這個斜探頭在鋼中剩余近場區(qū)長度有這么大？
當(dāng)然不可能有這么大的剩余近場區(qū)長度，這個曲線是采用上述的探頭制作出來的，理論計算鋼中的剩余近場區(qū)長度為30mm。那為什么儀器測量出剩余近場區(qū)為56.6mm呢？
聲程56.6mm區(qū)域內(nèi)的反射波幅相差不大，我們可以認(rèn)為該區(qū)域為聲束未擴(kuò)散區(qū)，聲束未擴(kuò)散區(qū)長度是近場區(qū)長度的1.64倍。在未擴(kuò)散區(qū)內(nèi)，波束不擴(kuò)散，不存在擴(kuò)散衰減，各截面平均聲壓基本相同，所以深度40mm（聲程56.6mm區(qū)域）以內(nèi)的橫孔波幅高度基本一致。未擴(kuò)散區(qū)域的聲場不適用于超聲檢測。
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超聲波未擴(kuò)散區(qū)域
實際問題思考
采用同一廠家生產(chǎn)而的兩個探頭，頻率和K值相同，晶片尺寸不同（如2.5P13×13K2和2.5P8×12K2，具體規(guī)格記得不太清楚），分別掃查深度為10mm的孔。發(fā)現(xiàn)晶片尺寸越小的探頭反而比晶片尺寸大的探頭反射回波高。
按照正常思維方式，晶片尺寸越大，聲束擴(kuò)散角小，超聲波聲束能量越聚集，反射波應(yīng)該越高，而試驗結(jié)果與之相反。
如果排除晶片靈敏度差異等其他因素，最有可能的是由于近場區(qū)的緣故，是否可以采用上述的方法進(jìn)行驗證呢？
