제 2 장 음파의 기본 원리

 
3.   음장의 특성
초음파뿐만 아니라 모든 탄성파는 재질을 통해 진행하면 필연적으로 에너지 손실이 발생한다. 그러나 초음파는 발생이 점원(Point Source)의 집합으로 이루어지기 때문에 초음파가 발생되는 진동자부근에서는 서로 간섭을 일으키게 되어 복잡한 음장이 형성되며 어느정도 진행한 이후에는 규칙적인 감쇠가 일어나는 특징이 있다.

3-1   근거리음장(Near Field)과 원거리음장(FarField)  3-1-1  근거리음장
진동자의 진동면은 단일표면으로서 균일하게 진동하는 것이 아니라, 좀 더 복잡한 양상으로 진동하게 된다. 진동자의 표면은 작은 모자이크 형태의 집합체로 생각할수 있는데, 개개의 모자이크는 구형파를 반사하는 하나의 점원역할을 한다. 이러한 구형파는 인접 점원으로부터 발생한 파와 간섭을 일으켜 평면파를 형성하는데, 파의 간섭에 의한 상호작용으로 인해 진동자 표면으로부터 일정한 거리내에서는 거리에 따라 초음파의 강도가 최대, 최소가 되는 매우 불규칙한 영역을 만들어 낸다. 이 일정한 거리를 근거리음장(Fresnel zone 또는 Near Field)이라 하며 실제 초음파탐상시 근거리음장내에서는 정확한 검사가 이루어지기 어렵기 때문에 근거리음장 길이는 매우 중요하다. 


근거리음장과원거리음장

근거리음장내에서는 하나의 결함이 여러개의 지시를 나타낼수도 있으며, 결함으로부터의 반사지시의 강도가 결함크기에 관계없이 변화되기 때문에 결함의 해석이 매우 어렵다. 그림 에서 볼수있듯이, 진동자의 축방향을 따라 진동자 표면으로 부터 거리가 멀어짐에 따라 초음파의 강도가 불규칙하게 변화되는 것은 점점 줄어들게 되고, 거리(d)가 점점 멀어져 Xo(근거리음장 길이)를 벗어나게 되면, 음압은 거리에 따라 지수함수적으로 감소하게 된다. 


거리의 증가에 따른 음압의변화 

근거리음장의 길이(Xo)는 진동자의 직경(D) 및 주파수(파장)에 따라 달라지는데 원형진동자의 경우는 다음과 같은 식으로 나타난다. 

...... 

위식에서 볼 때 초음파의 파장(-λ)는 진동자의 크기(D)에 비해 무시할수 있을 정도로 적으므로 이를 근사식으로 나타내면 다음과 같다. 

=  =

이때 A는 진동자의 면적이다. 
근거리음장 거리를 계산할때에는 주로 근사식이 적용된다.
  주파수 3MHz , 진동자의 직경 8mm 인 탐촉자를 사용하여 철판을 초음파 탐상검사를 수행할때 근거
  리음 장 거리는 단, 철판에서 음속은 6*106mm/sec이다.

3mm 8mm