香蕉視頻app連接: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(sheng)波垂直人(ren)射到兩種介質界(jie)面處的反射透射情況

 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(suo)以(yi)

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。

超聲波垂直入射(she)于(yu)不同聲阻抗介質的界面，有以下四種反射(she)和(he)透射(she)情況。

a.  Z₁<Z₂

 若聲(sheng)波(bo)從水(shui)中入射到鋼(gang)中，水(shui)的聲(sheng)阻(zu)抗為Z1=1.5×106kg/(㎡·s),鋼(gang)的聲(sheng)阻(zu)抗為Z2=46×106kg/(㎡·s),水(shui)／鋼(gang)界(jie)面上的

 圖2.9表(biao)示從水入(ru)(ru)射(she)(she)到鋼(gang)時，聲(sheng)(sheng)壓在兩側的(de)分布。當聲(sheng)(sheng)波從聲(sheng)(sheng)阻(zu)抗(kang)小的(de)介(jie)質人射(she)(she)到聲(sheng)(sheng)阻(zu)抗(kang)大的(de)介(jie)質時，反(fan)射(she)(she)聲(sheng)(sheng)壓較入(ru)(ru)射(she)(she)聲(sheng)(sheng)壓略低，而透射(she)(she)聲(sheng)(sheng)壓高于(yu)入(ru)(ru)射(she)(she)聲(sheng)(sheng)壓，且等于(yu)兩者之和。由聲(sheng)(sheng)強(qiang)透射(she)(she)率D的(de)大小可(ke)知(zhi)入(ru)(ru)射(she)(she)聲(sheng)(sheng)強(qiang)中(zhong)只(zhi)有12.24%的(de)能量進入(ru)(ru)鋼(gang)中(zhong)。

b. Z₁>Z₂

若聲(sheng)波(bo)從鋼入射(she)到水中，此時界面(mian)的聲(sheng)壓反射(she)系數

圖2.10表示從(cong)鋼入(ru)射(she)(she)到水(shui)時，兩(liang)側的(de)聲(sheng)壓分布。當聲(sheng)波從(cong)聲(sheng)阻抗較大的(de)介質入(ru)射(she)(she)到較小的(de)介質時，反(fan)射(she)(she)聲(sheng)壓較入(ru)射(she)(she)聲(sheng)壓略低；而透射(she)(she)聲(sheng)壓因入(ru)射(she)(she)聲(sheng)壓與反(fan)射(she)(she)聲(sheng)壓相位(wei)相反(fan)，其數值也(ye)較小。計算得知(zhi)入(ru)射(she)(she)聲(sheng)強中(zhong)同(tong)樣有12.24%的(de)能量進(jin)入(ru)水(shui)中(zhong)。

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)波(bo)在界面處幾乎全部(bu)被反射，無法透射到(dao)空氣中(zhong)，因此，當(dang)超(chao)聲(sheng)波(bo)探(tan)頭與粗糙(cao)待(dai)測件(jian)表(biao)面接觸，如(ru)果不(bu)加(jia)耦(ou)合(he)劑，就相當(dang)于探(tan)頭與待(dai)測件(jian)表(biao)面間有一層空氣，導致聲(sheng)波(bo)能量無法透射到(dao)待(dai)測件(jian)中(zhong)，無法進行探(tan)傷。

d. Z₁≈Z₂

 當聲(sheng)波從兩(liang)種(zhong)聲(sheng)阻抗相近(jin)的介質(zhi)界面經過時，例如普通碳(tan)鋼焊縫(feng)金屬(shu)與母(mu)材金屬(shu)之間(jian)，聲(sheng)阻抗相差僅1%,此時，界面的聲(sheng)壓反(fan)射系數

此時，在(zai)界面(mian)處反射聲(sheng)壓極小，而透射聲(sheng)壓幾(ji)乎與(yu)入射聲(sheng)壓相同(tong)；聲(sheng)波能量幾(ji)乎全部透射到第二種介(jie)質中。

2. 超聲波(bo)斜入射(she)(she)(she)到兩(liang)種介(jie)質界面(mian)處的反(fan)射(she)(she)(she)折射(she)(she)(she)情況

當超聲波以一定(ding)角(jiao)度斜入射(she)(she)到(dao)兩種介質界(jie)面時，會(hui)發生反射(she)(she)和折(zhe)射(she)(she)現象(xiang)，且遵循反射(she)(she)和折(zhe)射(she)(she)定(ding)律。一定(ding)條件下，還會(hui)發生波型轉換現象(xiang)。

 a. 超聲縱波斜入射(she)

當超聲(sheng)縱波斜入(ru)射(she)到兩(liang)種(zhong)介質界面(mian)時，反射(she)波和折(zhe)射(she)波的(de)傳(chuan)播方向(xiang)符合反射(she)定律(lv)、折(zhe)射(she)定律(lv)，如圖2.11所示(shi)，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(sheng)橫(heng)波斜入射

當橫波(bo)以一定角度(du)入射到兩種固(gu)體界面時，也(ye)會出現波(bo)形(xing)的轉換，如(ru)圖(tu)2.12所(suo)示(shi)。

同樣地，橫波斜(xie)入射也符合反(fan)射、折射定律：

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。