香蕉app免費視頻在線觀看: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(chao)聲波垂直人射(she)到兩種介(jie)質界面處的反射(she)透射(she)情(qing)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(tong)聲阻抗(kang)介質的界(jie)面，有(you)以下四(si)種反射(she)和透射(she)情況(kuang)。

a.  Z₁<Z₂

 若聲(sheng)波(bo)從水(shui)(shui)中入射到鋼(gang)中，水(shui)(shui)的聲(sheng)阻抗(kang)為Z1=1.5×106kg/(㎡·s),鋼(gang)的聲(sheng)阻抗(kang)為Z2=46×106kg/(㎡·s),水(shui)(shui)／鋼(gang)界面上(shang)的

 圖2.9表示從水入(ru)(ru)射(she)到鋼時(shi)，聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)在兩(liang)側(ce)的(de)(de)分(fen)布。當聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波從聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)阻抗(kang)(kang)小的(de)(de)介(jie)質(zhi)人(ren)射(she)到聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)阻抗(kang)(kang)大(da)的(de)(de)介(jie)質(zhi)時(shi)，反射(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)較(jiao)入(ru)(ru)射(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)略低(di)，而透射(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)高(gao)于入(ru)(ru)射(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)，且等于兩(liang)者(zhe)之(zhi)和(he)。由聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)強(qiang)(qiang)透射(she)率D的(de)(de)大(da)小可知(zhi)入(ru)(ru)射(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)強(qiang)(qiang)中只有12.24%的(de)(de)能量進(jin)入(ru)(ru)鋼中。

b. Z₁>Z₂

若聲波從(cong)鋼入射(she)到水(shui)中，此時(shi)界(jie)面(mian)的(de)聲壓反射(she)系(xi)數

圖2.10表示從鋼入(ru)射到水時，兩側(ce)的聲(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)分布。當聲(sheng)(sheng)波從聲(sheng)(sheng)阻抗較大的介(jie)質入(ru)射到較小的介(jie)質時，反射聲(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)較入(ru)射聲(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)略低；而透(tou)射聲(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)因入(ru)射聲(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)與反射聲(sheng)(sheng)壓(ya)(ya)相位(wei)相反，其數值也較小。計算得知入(ru)射聲(sheng)(sheng)強(qiang)中同樣有12.24%的能量(liang)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(ci)時，聲波在(zai)界面(mian)處幾乎(hu)全部被反射，無法(fa)透(tou)射到空氣中(zhong)，因此(ci)，當(dang)超聲波探(tan)頭與(yu)粗糙待測(ce)件表面(mian)接觸，如果不加耦合劑，就相當(dang)于探(tan)頭與(yu)待測(ce)件表面(mian)間(jian)有一層空氣，導致聲波能量無法(fa)透(tou)射到待測(ce)件中(zhong)，無法(fa)進行探(tan)傷。

d. Z₁≈Z₂

 當聲(sheng)波(bo)從(cong)兩(liang)種聲(sheng)阻抗(kang)相近的(de)介(jie)質界(jie)面經過時(shi)，例如普通碳鋼焊縫金(jin)屬與母材金(jin)屬之(zhi)間(jian)，聲(sheng)阻抗(kang)相差僅1%,此時(shi)，界(jie)面的(de)聲(sheng)壓(ya)反(fan)射系數

此時(shi)，在界面處(chu)反射(she)聲壓極小，而(er)透(tou)射(she)聲壓幾(ji)乎與入射(she)聲壓相(xiang)同；聲波能(neng)量幾(ji)乎全部透(tou)射(she)到第二種介質中。

2. 超(chao)聲(sheng)波斜入射到(dao)兩種介(jie)質(zhi)界面處的反射折射情況

當(dang)超聲波以一定角度斜入射(she)(she)到兩種介質界(jie)面時，會發生(sheng)反射(she)(she)和折射(she)(she)現象，且遵循反射(she)(she)和折射(she)(she)定律。一定條(tiao)件下，還會發生(sheng)波型轉換現象。

 a. 超聲(sheng)縱(zong)波斜入射

當超(chao)聲縱波斜入射(she)(she)(she)(she)(she)到兩種(zhong)介質界面時，反射(she)(she)(she)(she)(she)波和折(zhe)(zhe)射(she)(she)(she)(she)(she)波的(de)傳(chuan)播方向符(fu)合反射(she)(she)(she)(she)(she)定(ding)律、折(zhe)(zhe)射(she)(she)(she)(she)(she)定(ding)律，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(chao)聲橫波(bo)斜入(ru)射

當橫波以一定角(jiao)度(du)入射到兩種(zhong)固體界(jie)面時，也會出現(xian)波形的轉(zhuan)換，如圖2.12所示。

同(tong)樣地，橫波斜入射(she)(she)也符(fu)合反射(she)(she)、折射(she)(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。