《2.6 超声波垂直入射到界面的反射和折射》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2.6 超声波垂直入射到界面的反射和折射（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2.6 超声波垂直入射到 界面时的反射和透射超声波从一种介质传播到另一种介质时，在 两种介质的分界面上，一部分能量反射回原 介质内，称反射波； 另一部分能量透过界面在另一种介质内传播 ，称透射波。 在界面上声能（声压、声强）的分配和传播 方向的变化都将遵循一定的规律。 2.6.1 单一平界面的反射率与透射率 当超声波垂直入射到光滑平界面时，将在第一 介质中产生一个与入射波方向相反的反射波，在 第二介质中产生一个与入射波方向相同的透射波 。 设入射波的声压为P0（声强为I0）、反射波的电 压为Pr（声强为Ir）、透射波的声压为Pt（声强为 It）。界面上反射波声压P与入射波声压P0之比称为 界面
2、的声压反射率，用r表示，即r=Pr/P0。界面上透射波声压Pt与入射波声压P0之比称为 界面的声压透射率，用t表示，即t=Pt/P0。2.6.1 单一平界面的反射率与透射率 在界面两侧的声波，必须符合下列两个条件： （1）界面两侧的总声压相等，即p0+pr=pt。（相位关系 ，力平衡） （2）界面两侧质点振动速度幅值相等，即（p0-pr） /Z1=pt/Z2（能量平衡） 由上述两边界条件和声压反射率、透射率定义得： 解上述联立方程得声压反射率r和透射率t分别为：2.6.1 单一平界面的反射率与透射率 界面上反射波声强Ir与入射波声强I0之比称为声强反射率 ，用R表示。界面上透射波声强It与入射
3、波声强I0之比称为声强透射率 ，用T表示。 超声波垂直入射到平界面上时，声压或声强的分配比例 仅与界面两侧介质的声阻抗有关。由以上几式可以导出 ：T+R=1 t-r=1 2.6.1 单一平界面的反射率与透射率讨论： 当Z2Z1时，如水/钢当Z1Z2时，如钢/水当Z1Z2时，（如钢/空气界面）当Z1Z2时，如普通碳钢焊缝的母材与填充金属之间 2.6.1 单一平界面的反射率与透射率 以上讨论为超声波纵波垂直到单一平界面上的声压、声 强反射率和透射率 同样适用于横波入射的情况，但必须注意的是在固体/液 体或固体/气体界面上，横波全反射。因为横波不能在液 体和气体中传播。 2.6.2薄层界面的反射率与
4、透射率超声检测时，经常遇到耦合层和缺陷薄层等问题，这些都可归 结为超声波在薄层界面的反射和透射问题。此时，超声波是由 声阻抗为Z1的第一介质入射到Z1和Z2界面，然后通过声阻抗为 Z2的第二介质薄层射到Z2和Z3界面，最后进入声阻抗为Z3的第 三介质。 超声波通过一定厚度的异质薄层时，反射和透射情况与单一的 平界面不同。异质薄层很薄，进入薄层内的超声波会在薄层两 侧界面引起多次反射和透射，形成一系列的反射波和透射波 薄层界面反射透射示意图2.6.2薄层界面的反射率与透射率 超声波通过异质薄层时的声压反射率和透射率不仅与介 质声阻抗和薄层声阻抗有关，而且与薄层厚度同其波长 之比d2/2有关 1.
5、均匀介质中的异质薄层（Z1=Z3Z2） （1）当 （n为整数）时， 。这说明当薄 层两侧介质声阻抗相等，薄层厚度为其半波长的整数倍 时，超声波全透射，几乎无反射，好象不存在异质薄层 一样。这种透声层常称为半波透声层。 （2） （n为整数）时，即异质薄层厚度等于其 四分之一波长的奇数倍时，声压透射率最低，声压反射 率最高。 图237与图238 2.6.2薄层界面的反射率与透射率2薄层两侧介质不同的双界面 （1）当 （n为整数）时， 。这说明超 声波垂直入射到两侧介质声阻抗不同的薄层时，若薄层 厚度等于半波长的整数倍，则通过薄层的声强透射率与 薄层的性质无关，好象不存在薄层一样 （2） （n为整数
6、）时，且 时，此 时T1，即声强透射率等于1，超声波全透射。 这对于 直探头保护膜的设计 具有重要的指导意义。2.6.3 声压往复透射率 在超声波单探头检测中，探头兼作发射和接收超声波。 探头发出的超声波透过界面进入工件，在固/气底面产生 全反射后再次通过同一界面被探头接收 这时探头接收到的回波声压与入射波声压之比，称为声 压往复透射率T往 2.6.3 声压往复透射率 声压往复透射率与界面两侧介质的声阻抗有关，与从何 种介质入射到界面无关。界面两侧介质的声阻抗相差愈 小，声压往复透射率就愈高，反之就愈低。 往复透射率高低直接影响检测灵敏度高低，往复透射率 高，检测灵敏度高。反之，检测灵敏度低。
