超聲波垂直入射到界面反射和折射實(shí)用教案

1、2.6.1 單一(dny)平界面的反射率與透射率 當(dāng)超聲波垂直入射到光滑平界面時(shí)，將在第一介質(zhì)中產(chǎn)生一個(gè)與入射波方向相反的反射波，在第二介質(zhì)中產(chǎn)生一個(gè)與入射波方向相同的透射波。設(shè)入射波的聲壓(shn y)為P0（聲強(qiáng)為I0）、反射波的電壓為Pr（聲強(qiáng)為Ir）、透射波的聲壓(shn y)為Pt（聲強(qiáng)為It）。 界面上反射波聲壓(shn y)P與入射波聲壓(shn y)P0之比稱為界面的聲壓(shn y)反射率，用r表示，即r=Pr/P0。 界面上透射波聲壓(shn y)Pt與入射波聲壓(shn y)P0之比稱為界面的聲壓(shn y)透射率，用t表示，即t=Pt/P0。 121(1)/rtrZt

2、 Z第1頁/共11頁第一頁，共12頁。2.6.1 單一(dny)平界面的反射率與透射率 在界面兩側(cè)的聲波，必須符合下列兩個(gè)條件：在界面兩側(cè)的聲波，必須符合下列兩個(gè)條件： （1）界面兩側(cè)的總聲壓相等，即）界面兩側(cè)的總聲壓相等，即p0+pr=pt。（相。（相位位(xingwi)關(guān)系，力平衡）關(guān)系，力平衡） （2）界面兩側(cè)質(zhì)點(diǎn)振動速度幅值相等，即（）界面兩側(cè)質(zhì)點(diǎn)振動速度幅值相等，即（p0-pr）/Z1=pt/Z2（能量平衡）（能量平衡） 由上述兩邊界條件和聲壓反射率、透射率定義得：由上述兩邊界條件和聲壓反射率、透射率定義得： 解上述聯(lián)立方程得聲壓反射率解上述聯(lián)立方程得聲壓反射率r和透射率和透射率t分

3、別為：分別為：121(1) /rtrZt Z2102120212rtpZZrpZZpZtpZZ第2頁/共11頁第二頁，共12頁。2.6.1 單一(dny)平界面的反射率與透射率 界面上反射(fnsh)波聲強(qiáng)Ir與入射波聲強(qiáng)I0之比稱為聲強(qiáng)反射(fnsh)率，用R表示。 界面上透射波聲強(qiáng)It與入射波聲強(qiáng)I0之比稱為聲強(qiáng)透射率，用T表示。 超聲波垂直入射到平界面上時(shí)，聲壓或聲強(qiáng)的分配比例僅與界面兩側(cè)介質(zhì)的聲阻抗有關(guān)。由以上幾式可以導(dǎo)出： T+R=1 t-r=1 22221212200021122rrrPIZPZZRrPIPZZZ2212112222002021124()2ttPPIZZZ ZTPI

4、ZPZZZ第3頁/共11頁第三頁，共12頁。2.6.1 單一(dny)平界面的反射率與透射率討論：當(dāng)Z2Z1時(shí)，如水/鋼當(dāng)Z1Z2時(shí)，如鋼/水當(dāng)Z1Z2時(shí)，（如鋼/空氣界面） 當(dāng)Z1Z2時(shí)，如普通碳鋼焊縫(hn fn)的母材與填充金屬之間 210212021221222214.50.150.9354.50.15224.51.9354.50.150.9350.875440.154.50.125()(4.50.15)rtPZZrPZZPZtPZZRrZ ZTZZ2121221220.154.50.9350.154.5220.150.0650.154.50.9350.875110.8750.125Z

5、ZrZZZtZZRrTR 210212012220.000044.510.000044.5220.0000400.000044.5( 1)111 10rtPZZrPZZPZtPZZRrTR 2102120212250.991.000.0050.991.00220.990.9950.991.00( 0.005)2.5 10010.9999751rtPZZrPZZPZtPZZRrTR 第4頁/共11頁第四頁，共12頁。2.6.1 單一(dny)平界面的反射率與透射率 以上討論為超聲波縱波垂直到單一平界面上的聲壓、聲強(qiáng)反射率和透射率 同樣適用于橫波入射的情況，但必須注意的是在固體/液體或固體/氣體界

6、面上，橫波全反射。因?yàn)?yn wi)橫波不能在液體和氣體中傳播。 第5頁/共11頁第五頁，共12頁。薄層(bo cn)界面的反射率與透射率 超聲檢測時(shí)，經(jīng)常遇到耦合層和缺陷薄層等問題，這些都可歸結(jié)為超聲波在薄層界面的反射和透射問題。此時(shí)，超聲波是由聲阻抗為Z1的第一介質(zhì)入射到Z1和Z2界面，然后通過聲阻抗為Z2的第二介質(zhì)薄層射到Z2和Z3界面，最后進(jìn)入聲阻抗為Z3的第三介質(zhì)。 超聲波通過一定厚度(hud)的異質(zhì)薄層時(shí)，反射和透射情況與單一的平界面不同。異質(zhì)薄層很薄，進(jìn)入薄層內(nèi)的超聲波會在薄層兩側(cè)界面引起多次反射和透射，形成一系列的反射波和透射波 薄層界面反射透射示意圖第6頁/共11頁第六頁，共

7、12頁。薄層(bo cn)界面的反射率與透射率超聲波通過異質(zhì)薄層時(shí)的聲壓反射率和透射率不僅與介質(zhì)聲阻抗和薄層聲阻抗有關(guān)(yugun)，而且與薄層厚度同其波長之比d2/2有關(guān)(yugun) 1.均勻介質(zhì)中的異質(zhì)薄層（Z1=Z3Z2） （1）當(dāng) （n為整數(shù)）時(shí)， 。這說明當(dāng)薄層兩側(cè)介質(zhì)聲阻抗相等，薄層厚度為其半波長的整數(shù)倍時(shí)，超聲波全透射，幾乎無反射，好象不存在異質(zhì)薄層一樣。這種透聲層常稱為半波透聲層。（2） （n為整數(shù)）時(shí)，即異質(zhì)薄層厚度等于其四分之一波長的奇數(shù)倍時(shí)，聲壓透射率最低，聲壓反射率最高。圖237與圖238 0,1rt22(21)4dn222nd第7頁/共11頁第七頁，共12頁。薄層(

8、bo cn)界面的反射率與透射率2薄層兩側(cè)(lin c)介質(zhì)不同的雙界面（1）當(dāng) （n為整數(shù)）時(shí)， 。這說明超聲波垂直入射到兩側(cè)(lin c)介質(zhì)聲阻抗不同的薄層時(shí)，若薄層厚度等于半波長的整數(shù)倍，則通過薄層的聲強(qiáng)透射率與薄層的性質(zhì)無關(guān)，好象不存在薄層一樣 （2） （n為整數(shù)）時(shí)，且 時(shí)，此時(shí)T1，即聲強(qiáng)透射率等于1，超聲波全透射。 這對于直探頭保護(hù)膜的設(shè)計(jì) 具有重要的指導(dǎo)意義。222dn123ZZZ132134()Z ZTZZ22(21)4dn213ZZ Z第8頁/共11頁第八頁，共12頁。2.6.3 聲壓(shn y)往復(fù)透射率 在超聲波單探頭檢測中，探頭兼作發(fā)射和接收超聲波。探頭發(fā)出的超聲

9、波透過界面進(jìn)入工件，在固/氣底面產(chǎn)生全反射后再次通過(tnggu)同一界面被探頭接收 這時(shí)探頭接收到的回波聲壓與入射波聲壓之比，稱為聲壓往復(fù)透射率T往 12200214()atatPP PZ ZTPP PZZ往第9頁/共11頁第九頁，共12頁。2.6.3 聲壓(shn y)往復(fù)透射率 聲壓往復(fù)透射率與界面兩側(cè)介質(zhì)(jizh)的聲阻抗有關(guān)，與從何種介質(zhì)(jizh)入射到界面無關(guān)。界面兩側(cè)介質(zhì)(jizh)的聲阻抗相差愈小，聲壓往復(fù)透射率就愈高，反之就愈低。 往復(fù)透射率高低直接影響檢測靈敏度高低，往復(fù)透射率高，檢測靈敏度高。反之，檢測靈敏度低。 第10頁/共11頁第十頁，共12頁。感謝您的觀看(gunkn)！第11頁/共11頁第十一頁，共12頁。NoImage內(nèi)容(nirng)總結(jié)2.6.1 單一平界面的反