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(zhi)人射到兩(liang)種介質(zhi)界(jie)面(mian)處的反(fan)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。

超聲波垂直(zhi)入射(she)于不同聲阻抗介質的界(jie)面，有以下(xia)四種(zhong)反射(she)和透(tou)射(she)情況。

a.  Z₁<Z₂

 若聲波從水中(zhong)入射到鋼(gang)中(zhong)，水的聲阻抗為Z1=1.5×106kg/(㎡·s),鋼(gang)的聲阻抗為Z2=46×106kg/(㎡·s),水／鋼(gang)界面上的

 圖2.9表示(shi)從水入(ru)(ru)射(she)(she)到(dao)鋼時(shi)，聲(sheng)(sheng)(sheng)壓在兩側的(de)分布(bu)。當聲(sheng)(sheng)(sheng)波從聲(sheng)(sheng)(sheng)阻(zu)抗小的(de)介質人(ren)射(she)(she)到(dao)聲(sheng)(sheng)(sheng)阻(zu)抗大的(de)介質時(shi)，反(fan)射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓較入(ru)(ru)射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓略低，而透射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓高于入(ru)(ru)射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓，且等于兩者之和。由聲(sheng)(sheng)(sheng)強透射(she)(she)率D的(de)大小可知入(ru)(ru)射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)強中(zhong)只(zhi)有12.24%的(de)能量進入(ru)(ru)鋼中(zhong)。

b. Z₁>Z₂

若聲波從(cong)鋼入射到(dao)水中，此時界面的聲壓反(fan)射系(xi)數

圖2.10表示(shi)從鋼入(ru)射(she)(she)到水(shui)時，兩側的聲(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)分布。當聲(sheng)(sheng)(sheng)波從聲(sheng)(sheng)(sheng)阻(zu)抗較大(da)的介質(zhi)入(ru)射(she)(she)到較小的介質(zhi)時，反(fan)(fan)射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)較入(ru)射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)略低(di)；而透射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)因(yin)入(ru)射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)與反(fan)(fan)射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)相(xiang)位相(xiang)反(fan)(fan)，其數值(zhi)也較小。計算得知入(ru)射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)強中同樣有12.24%的能量進入(ru)水(shui)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(mian)(mian)處幾乎全部被反射，無法透射到空(kong)氣(qi)中，因此(ci)，當超聲波探(tan)頭(tou)與粗糙待(dai)測(ce)(ce)件(jian)表(biao)(biao)面(mian)(mian)接(jie)觸，如果不(bu)加耦(ou)合(he)劑(ji)，就相當于(yu)探(tan)頭(tou)與待(dai)測(ce)(ce)件(jian)表(biao)(biao)面(mian)(mian)間有一層空(kong)氣(qi)，導(dao)致聲波能量無法透射到待(dai)測(ce)(ce)件(jian)中，無法進(jin)行(xing)探(tan)傷。

d. Z₁≈Z₂

 當聲(sheng)波從(cong)兩種(zhong)聲(sheng)阻抗(kang)相近的介質(zhi)界面經過時，例如普通碳(tan)鋼焊縫(feng)金屬(shu)與(yu)母材金屬(shu)之間，聲(sheng)阻抗(kang)相差僅(jin)1%,此時，界面的聲(sheng)壓反射系數

此(ci)時，在界面處反射聲壓(ya)極小(xiao)，而透射聲壓(ya)幾乎(hu)(hu)與(yu)入射聲壓(ya)相同；聲波(bo)能(neng)量幾乎(hu)(hu)全(quan)部透射到第二(er)種介質中(zhong)。

2. 超聲波斜入射到兩種介質界(jie)面處的反射折(zhe)射情況

當超聲波以一定(ding)角度(du)斜入射(she)到兩種介質界面時，會(hui)發生反射(she)和折(zhe)(zhe)射(she)現象，且遵(zun)循反射(she)和折(zhe)(zhe)射(she)定(ding)律。一定(ding)條(tiao)件(jian)下，還會(hui)發生波型轉換現象。

 a. 超聲縱波(bo)斜(xie)入射

當(dang)超聲縱波斜入射到兩種介質界面時，反(fan)射波和折(zhe)射波的傳(chuan)播方向(xiang)符合反(fan)射定律(lv)、折(zhe)射定律(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. 超聲橫波斜入(ru)射(she)

當橫波(bo)以一定(ding)角度入射到(dao)兩種固體界面時，也會出現波(bo)形的轉換，如圖2.12所示(shi)。

同樣(yang)地(di)，橫波斜入(ru)射也符(fu)合反射、折(zhe)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。