亞洲歐美色綜合一區二區在線:超聲波在不同介質界面處的反射、折射和透射情況是進行超聲探傷的重要物理基礎。聲波能量經界面時的聲壓聲強變化主要取決于兩側介質的聲阻抗。

1. 超聲波垂直(zhi)人射(she)到兩種(zhong)介質界(jie)面處的反(fan)射(she)透(tou)射(she)情況

 當超聲波垂直入射于兩種不同聲阻抗介質的界面時，其反射波按入射波相反的路徑返回，透射波垂直進入第二種介質。假設超聲波所處介質聲阻抗為Z₁,人射聲強為I₀,入射聲壓為P₀,反射聲強為I_r,反射聲壓為P_r;另一種介質聲阻抗為Z₂,透射聲強為I_t,透射聲壓為P_t.令聲阻抗比m=Z₁/Z₂,可得：

聲壓視為平面上單位面積所受的力，那么平面兩側的力應當平衡，故聲壓變化有P₀+P_r=P_t.結合聲壓反射、透射系數，有

類似地，聲強在界面兩側應滿足能量守恒定律，所以有I_o=I_r+I_t,如果把聲強反射率（R)定義為I_r/I₀,聲強透射率（D)定義為I_t/I₀,則有：

 實際檢測中，常用到自發自收探頭，例如對鋼板進行檢測時，認為聲波垂直入射進人鋼板內部，透射波到達底部后，聲壓在鋼板／空氣界面被完全反射，然后垂直返回，被探頭接收。探頭接收到的返回聲壓P'_t與人射聲壓P₀之比稱為聲壓往復透過率，常用符號T_p表示。

所以

對比聲強透射率D和聲壓往復透過率T_p,可知兩者在數值上相等。

超聲(sheng)波(bo)垂直入射于不同聲(sheng)阻抗介(jie)質的界面，有以下四種反射和透(tou)射情況。

a.  Z₁<Z₂

 若聲(sheng)波從水(shui)中入(ru)射到鋼(gang)中，水(shui)的(de)聲(sheng)阻抗為Z1=1.5×106kg/(㎡·s),鋼(gang)的(de)聲(sheng)阻抗為Z2=46×106kg/(㎡·s),水(shui)／鋼(gang)界(jie)面上(shang)的(de)

 圖(tu)2.9表示從水入射到(dao)(dao)鋼(gang)時，聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)在兩側(ce)的(de)(de)分布(bu)。當聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波從聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)阻(zu)抗小的(de)(de)介質人射到(dao)(dao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)阻(zu)抗大(da)(da)的(de)(de)介質時，反(fan)射聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)較入射聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)略低，而透(tou)射聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)高于入射聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)，且(qie)等于兩者之和。由聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)強(qiang)透(tou)射率D的(de)(de)大(da)(da)小可(ke)知入射聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)強(qiang)中(zhong)只有12.24%的(de)(de)能量進入鋼(gang)中(zhong)。

b. Z₁>Z₂

若聲波從鋼(gang)入射(she)到水中，此(ci)時界面(mian)的聲壓反射(she)系數(shu)

圖(tu)2.10表示(shi)從鋼入(ru)射(she)(she)到水時(shi)，兩側的(de)(de)聲(sheng)壓(ya)分布。當(dang)聲(sheng)波從聲(sheng)阻抗(kang)較(jiao)大(da)的(de)(de)介質入(ru)射(she)(she)到較(jiao)小的(de)(de)介質時(shi)，反(fan)射(she)(she)聲(sheng)壓(ya)較(jiao)入(ru)射(she)(she)聲(sheng)壓(ya)略(lve)低；而透(tou)射(she)(she)聲(sheng)壓(ya)因入(ru)射(she)(she)聲(sheng)壓(ya)與反(fan)射(she)(she)聲(sheng)壓(ya)相(xiang)位相(xiang)反(fan)，其數(shu)值也較(jiao)小。計算(suan)得(de)知入(ru)射(she)(she)聲(sheng)強(qiang)中同樣(yang)有(you)12.24%的(de)(de)能(neng)量進入(ru)水中。

c. Z₁ ＞ Z₂

 當聲波從聲阻抗高的固體入射到空氣中，例如從鋼中入射到空氣中，就屬于這種情況，此時Z₁(鋼）＝46×10⁶kg/(㎡·s),Z₂(空氣）＝0.0004×10⁶kg/(㎡·s),可計算聲壓反射系數

 此時，聲(sheng)(sheng)波(bo)在界(jie)面處(chu)幾乎全部被反(fan)射，無(wu)法透(tou)(tou)射到(dao)空(kong)氣中，因此，當超聲(sheng)(sheng)波(bo)探(tan)頭(tou)與(yu)粗(cu)糙待(dai)(dai)測件表面接觸，如果不(bu)加耦合劑，就相當于探(tan)頭(tou)與(yu)待(dai)(dai)測件表面間有一層空(kong)氣，導致聲(sheng)(sheng)波(bo)能量無(wu)法透(tou)(tou)射到(dao)待(dai)(dai)測件中，無(wu)法進行(xing)探(tan)傷(shang)。

d. Z₁≈Z₂

 當(dang)聲(sheng)(sheng)波從兩(liang)種聲(sheng)(sheng)阻(zu)抗(kang)相近的(de)介質界(jie)面(mian)經過(guo)時，例如普通碳鋼焊(han)縫金屬(shu)與(yu)母材金屬(shu)之間，聲(sheng)(sheng)阻(zu)抗(kang)相差(cha)僅1%,此(ci)時，界(jie)面(mian)的(de)聲(sheng)(sheng)壓(ya)反(fan)射系數

此時，在(zai)界面處(chu)反(fan)射(she)聲壓極(ji)小，而透射(she)聲壓幾(ji)乎與入(ru)射(she)聲壓相同；聲波能量幾(ji)乎全(quan)部透射(she)到第二種介質中。

2. 超聲波斜入射到兩種介質(zhi)界(jie)面處(chu)的反射折射情況

當超聲波以一(yi)定角度斜入射(she)(she)到(dao)兩種介質界面時，會發生反(fan)射(she)(she)和折(zhe)射(she)(she)現象，且遵循(xun)反(fan)射(she)(she)和折(zhe)射(she)(she)定律。一(yi)定條(tiao)件下(xia)，還會發生波型轉換現象。

 a. 超聲(sheng)縱波斜入(ru)射

當超(chao)聲縱(zong)波(bo)斜入射(she)到兩種(zhong)介質界面時(shi)，反射(she)波(bo)和折射(she)波(bo)的(de)傳播方向符合反射(she)定律(lv)、折射(she)定律(lv)，如圖2.11所(suo)示，即

 由式（2.4)可知，在同一介質中聲波縱波波速不變，因此縱波反射角與縱波入射角相等，即α_L=γ_L,同時，同一介質中縱波聲速大于橫波聲速，因此縱波反射角大于橫波反射角，縱波折射角大于橫波折射角，即γ_L>γ_s,β_L>β_s.

當α_L增加時，β_L也增加，增加到一定程度時，β_L=90°,這時所得縱波入射角稱為第一臨界角，常用a_I表示。當α_L>α_I時，第二介質中既有折射縱波L,又有折射橫波S.

當α_L增加時，β_s也增加，增加到一定程度時，β_s=90°,這時所得縱波入射角稱為第二臨界角，常用a_II表示。當α_I<α_L<a_II時，第二介質中沒有折射縱波L,只有折射橫波S,這種情況也是橫波探頭的制作原理。

b. 超聲橫波斜入射(she)

當橫波以一定角度入(ru)射到兩(liang)種(zhong)固(gu)體界(jie)面時(shi)，也會出現波形的轉換(huan)，如圖2.12所示。

同樣地，橫波斜(xie)入射(she)也符(fu)合(he)反射(she)、折射(she)定律：

橫波斜入射時，隨著α_s增加，y_L=90°時，所對應的橫波人射角α_s為第三臨界角，常用α_III表示，橫波入射角大于第三臨界角時，產生橫波全反射現象。