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. 超聲波垂直人射(she)到兩種(zhong)介質界面處的反射(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)(sheng)波(bo)垂直入射(she)于不同聲(sheng)(sheng)阻抗介質(zhi)的(de)界面，有以下四種反射(she)和透射(she)情況。

a.  Z₁<Z₂

 若(ruo)聲(sheng)(sheng)波從水中(zhong)入射(she)到(dao)鋼(gang)中(zhong)，水的聲(sheng)(sheng)阻抗為Z1=1.5×106kg/(㎡·s),鋼(gang)的聲(sheng)(sheng)阻抗為Z2=46×106kg/(㎡·s),水／鋼(gang)界面上的

 圖(tu)2.9表示從(cong)水入射(she)(she)到鋼時，聲(sheng)壓在兩側的分布(bu)。當聲(sheng)波從(cong)聲(sheng)阻抗小的介質(zhi)人射(she)(she)到聲(sheng)阻抗大的介質(zhi)時，反射(she)(she)聲(sheng)壓較入射(she)(she)聲(sheng)壓略低，而透射(she)(she)聲(sheng)壓高于入射(she)(she)聲(sheng)壓，且(qie)等于兩者(zhe)之(zhi)和。由聲(sheng)強透射(she)(she)率D的大小可知(zhi)入射(she)(she)聲(sheng)強中只有12.24%的能量進入鋼中。

b. Z₁>Z₂

若(ruo)聲波(bo)從鋼入射(she)(she)到水中，此時(shi)界面(mian)的聲壓反射(she)(she)系數

圖2.10表示從(cong)(cong)鋼(gang)入射(she)到水時，兩側的聲壓分布。當(dang)聲波(bo)從(cong)(cong)聲阻抗(kang)較(jiao)大的介(jie)質(zhi)入射(she)到較(jiao)小的介(jie)質(zhi)時，反(fan)射(she)聲壓較(jiao)入射(she)聲壓略低；而透射(she)聲壓因入射(she)聲壓與反(fan)射(she)聲壓相(xiang)位(wei)相(xiang)反(fan)，其數值也(ye)較(jiao)小。計(ji)算(suan)得知入射(she)聲強中同樣有12.24%的能量(liang)進入水中。

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(ci)時，聲波在界面處幾乎全部被反射，無法透射到空氣(qi)中，因此(ci)，當超聲波探(tan)頭與粗糙待(dai)測(ce)件(jian)(jian)表面接觸(chu)，如果不加耦(ou)合劑，就相當于探(tan)頭與待(dai)測(ce)件(jian)(jian)表面間有一層空氣(qi)，導致聲波能量無法透射到待(dai)測(ce)件(jian)(jian)中，無法進行探(tan)傷。

d. Z₁≈Z₂

 當聲波從兩種聲阻抗相近的介質(zhi)界面(mian)(mian)經過(guo)時，例如普通碳鋼焊縫金屬(shu)(shu)與母(mu)材金屬(shu)(shu)之間，聲阻抗相差僅1%,此時，界面(mian)(mian)的聲壓(ya)反射系數(shu)

此時，在(zai)界(jie)面處反射聲(sheng)(sheng)壓極小，而(er)透射聲(sheng)(sheng)壓幾乎(hu)與入射聲(sheng)(sheng)壓相同(tong)；聲(sheng)(sheng)波能量幾乎(hu)全部透射到第二種介質中。

2. 超聲波(bo)斜入射到兩種(zhong)介質界(jie)面處的反射折射情況

當超(chao)聲波以(yi)一(yi)定(ding)角度斜(xie)入射(she)到兩種介質界(jie)面(mian)時，會發生反射(she)和折射(she)現象，且遵(zun)循(xun)反射(she)和折射(she)定(ding)律。一(yi)定(ding)條件下(xia)，還會發生波型轉換(huan)現象。

 a. 超(chao)聲縱波斜入射(she)

當超聲縱波斜入(ru)射(she)到兩種介質界面時，反射(she)波和折射(she)波的傳(chuan)播(bo)方(fang)向(xiang)符合(he)反射(she)定律(lv)、折射(she)定律(lv)，如圖2.11所示，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(dang)橫波(bo)以一定角度入(ru)射(she)到兩(liang)種固體界面時(shi)，也會出現波(bo)形的轉換，如圖2.12所示。

同樣(yang)地，橫波斜入(ru)射也符(fu)合反射、折射定(ding)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。