超声检测物理基础第二章8.pptVIP

声学检测技术 2.8超声波倾斜入射到界面时的反射和折射 声波在界面处的传播特性： 波型转换、能量重新分配、传播方向重新确定; 在两种固体介质的分界面上，产生两种波: 反射波：返回到原来介质中的波 反射波中有纵波、横波 折射波：透射到另一种介质中的波 折射波中有纵波、横波 研究内容： 反射波的类型和角度，折射波的类型和角度。 反射波和折射波的大小、方向不仅与两种介质的特 性阻抗有关，而且与声波的入射角有关。 第二章　超声检测的物理基础 一、任意方向传播的波 沿空间任意方向传播的平面波的表达式为 沿X方向传播的平面波简化为 波矢量 位置矢量 第八节　超声波倾斜入射到界面 空间任意一点（x,y,z）的质点振动速度表达式为 第八节　超声波倾斜入射到界面 二、液体－空气界面 边界特点 在空气中，密度极小，忽略不计，并且对于高 频超声，在空气中很难传播，特性阻抗等于0 由声学边界条件： 得到声压为0 速度可取任意值 此时的边界称为自由边界 如海面 第八节　超声波倾斜入射到界面 对于在xy平面内传播的入射波 传播方向与x成 与y轴成 与z轴成 反射波仍在xy平面内传播, 传播方向与x轴成 空气 液体 第八节　超声波倾斜入射到界面 液体1中，对于在xy平面内传播的入射波 传播方向与x成 与y轴成 与z轴成 反射波仍在xy平面内传播, 传播方向与x、y轴成 液体1 液体2 第八节　超声波倾斜入射到界面 液体1 液体2 在液体2中,仅有折射波， 传播方向与x轴夹角为 与y轴夹角为 与z轴夹角为 第八节　超声波倾斜入射到界面 应用声学边界条件： 在x=0处，声压连续,质点振动速度连续， 有 在x=0平面上任意y值都成立，必要条件是各项 的指数因子相等，即 解得 Snell定律 第八节　超声波倾斜入射到界面 声压反射率r、折射率t 声强反射率R、声强折射T 此时，平均声能量流（平均声功率）是守恒 的。 第八节　超声波倾斜入射到界面 讨论几种情况： 1、全反射 全反射的条件：不产生折射波，即 由于这个临界角必须小于 ， 因此临界角存在的条件是 波由声疏介质进入声密介质 如果 介质2中总有折射波. ＜ 第八节　超声波倾斜入射到界面 2、全透射 定义： 由此推出入射角为 只有 才会发生全透射。 第八节　超声波倾斜入射到界面 3、掠入射 当声波以 入射时称为掠入射。 由此推出 4、垂直透射 如果 对任意的入射角，都有折射角为零，即折射波总是 垂直于分界面。 第八节　超声波倾斜入射到界面 四、液体－固体界面 由于固体中存在横波，声 波在液－固界面上的反射和折 射规律较复杂。 超声检测中的液浸法属于此 种情况。 声学边界条件： 法向应力连续 法向位移连续 切向应力为零 Ⅰ Ⅱ 第八节　超声波倾斜入射到界面 可以推得 在这种界面上，有纵波反射系数、纵波折射系 数和横波折射系数。 纵波折射系数为 第八节　超声波倾斜入射到界面 五、固体－固体界面 在这种界面上，反射波 和折射波中均有纵波和横波 存在。 声学边界条件： 位移和应力连续 即 法向位移连续 切向位移连续 法向应力连续 切向应力连续 Ⅰ Ⅱ 第八节　超声波倾斜入射到界面 纵波入射 可以推得 几个角度 第一临界角 当 所对应的纵波入射角。 此时第二介质中只有横波 ＞ ＞ 第八节　超声波倾斜入射到界面 *