超声检测物理基础第二章7.pptVIP

声学检测技术 2.7 超声波垂直入射到界面时的反射和透射 在两种介质的分界面上，产生两种波： 反射波：返回到原来介质中的波 透射波：透射到另一种介质中的波 研究内容： 界面上声压、声强的分配规律； 这种分配规律与两种介质的特性阻抗有 关。 第二章　超声检测的物理基础 一、两种介质分界面的声学边界条件 在分界面上取面积S、厚度足够 薄的质量元 压强差引起质量元的运动 不可能无限大 声压在分界处连续 第七节　声波垂直入射到界面 法向速度 分界面两边的介质由于声扰动得到的法向 速度 因为两种介质保持恒定接触，有分界面 处的法向速度相等 法向速度与声压的关系为 第七节　声波垂直入射到界面 二、单一平界面的反射率和折射率 波动方程： 介质1解： 介质2解： 由边界条件 得到 Ⅰ Ⅱ 第七节　声波垂直入射到界面 法向速度 式中 由边界条件 得到 Ⅰ Ⅱ 第七节　声波垂直入射到界面 3.介质的特性阻抗对反射率和透射率的影响 1） 可以把这种界面看成是 硬界面 水－钢界面 反射波声压与入射波声 压同相，反射波质点振 动速度改变180度 ＜ 水 钢 第七节　声波垂直入射到界面 2)当 这种界面属绝对硬界面 空气－钢 反射波声压与入射波声压大小相等, 相位相同;反射波的质点振动速度与 入射波的质点振动速度大小相等， 相位相反。 此时，发生全反射，入射波和反射 波叠加形成驻波 ＜＜ R≈1 T≈0 钢 空气 第七节　声波垂直入射到界面 3) 当 这种界面称为软界面 反射波声压与入 射波声压反相，反 射波质点振动速度 与入射波质点振动 速度同相. ＞ 钢 水 第七节　声波垂直入射到界面 钢 空气 4）当 界面十分柔软 钢-空气 反射波声压与入射波声压 大小相等，相位相反；反 射波的质点振动速度与入 射波的质点振动速度大小 相等，相位相同。 此时，发生全反射，在介 质1中形成驻波。 ＞＞ R≈1 T≈0 第七节　声波垂直入射到界面 5）当 特征阻抗相等，对声波来说，分界面好 像不存在，声波发生全透射。 在焊缝检测中，在基体和焊缝的结合处 无缺陷时是没有反射波的。 ≈ R≈0 T≈1 第七节　声波垂直入射到界面 三、声波入射到介质层 声学边界条件 在x=0处，声压连续和法向质点速度 连续， 在x=d处，声压连续与法向质点速度 连续 声压反射率与透射率的表达式较复 杂，反射率与透射率不仅与介质的特性 阻抗有关，还与中间层的厚度与波长之 比有关。 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 第七节　声波垂直入射到界面 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 第七节　声波垂直入射到界面 讨论几种特殊的情况 1.均匀介质中的异质层 m为两种介质的特性阻抗 之比 = ≠ 第七节　声波垂直入射到界面 讨论： 1）当 薄层厚度是半波长的整数倍，超声波全透射，这种透 声层称为半波透声层； 2）当 薄层厚度为四分之一波长的奇数倍，声压透射率最低，即 声波几乎不能透过薄层； 3）当 与 相当，薄层厚度远远小于1，r=0, T=1发 生全透射； 4）当 与 相同时，r=0,声波全透射。 结论：当厚度一定时，薄层的透声本领随频率变化。 第七节　声波垂直入射到界面 2.薄层两侧介质不同 声强透射率为 ≠ ≠ 第七节　声波垂直入射到界面 讨论 1）当 薄层厚度为半波长的整数倍，薄层的声强透射率与薄 层的性质无关。 2）当 并且 有 即薄层厚度为四分之一波长的奇数倍，声波全透射， 称为四分之一匹配全透射。 第七节　声波垂直入射到界面 四、声压往复透射率 定义 超声波垂直入射时，在底面全 反射的条件下，声压往复透射 率与声强透射率在数值上相等. 声压往复透射率与界面两侧 介质的特性阻抗有关。 第七节　声波垂直入射到界面