超声波倾斜入射到界面的反射和折射

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2.7,超声波倾斜入射到界面时的反射和折射,2.7.1,波型转换与反射、折射定律,当超声波倾斜入射到界面时，除产生同种类型的反射和折射波外，还会产生不同类型的反射和折射波，这种现象称为波型转换,2.7.1,波型转换与反射、折射定律,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。,1,纵波斜入射,当纵波,L,倾斜入射到界面时，除产生反射纵波,L,和折射纵波,L,外，还会产生反射横波,S,和折射横波,S,，如图,1.30,（,a,）所示。各种反射波和折射波方向符合反射、折射定律：,由于在同一介质中纵波波速不变，因此 。又由于在同一介质中纵波波速大于横波波速，因此,（,1,）第一临界角,（,2,）第二临界角,：,2.7.1,波型转换与反射、折射定律,由,和,的定义可知：,时，第二介质中既有折射纵波,L,又有折射横波,S,。,时，第二介质中只有折射横波,S,，没有折射纵波,L,，这就是常用横波探头制作和横波检测的原理。,时，第二介质中既无折射纵波,L,，又无折射横波,S,。这时在其介质的表面存在表面波,R,，这就是常用表面波探头的制作原理。,例如，纵波倾斜入射到有机玻璃,/,钢界面时，有机玻璃中,cL,1=2730m/s,，水中,cL,1=1480m/s,，钢中：,cL,2=5900m/s,，,cS,2=3230m/s,。则第一、二临界角分别为：,由此可见有机玻璃横波探头楔块角度,有机玻璃表面波探头楔块角度 。,2.7.1,波型转换与反射、折射定律,2,横波斜入射,当横波倾斜入射到界面时，同样会产生波型转换,增加到一定程度时，,=90,在,第一介质,中只有,反射横波,，没有,反射纵波,，即横波全反射，这时所对应的横波入射角称为第三临界角，用,表示,对于钢：,cL,1=5900m/s,，,CS,1=3230m/s,，,当 ,33.2,时，钢中横波全反射。,2.7.2,声压反射率,1.,纵波倾斜入射到钢,/,空气界面的反射,纵波倾斜入射，当 左右时产生一个较强的变型反射横波。,2.,横波倾斜入射到钢,/,空气界面的反射,当 左右时，很低，较高。,当 ,33.2,时，即钢中横波全反射,2.7.3,声压往复透射率,超声检测中，常常采用反射法，超声波往复透过同一探侧面，因此声压往复透射率更具有实际意义。,超声波倾斜入射，折射波全反射，探头接收到的回波声压,Pa,与入射波声压,P,0,之比称为声压往复透射率，常用,T,表示，,T,=,Pa,/,P,0,。,图,2,45,图,2,46,2.7.4,端角反射,超声波在两个平面构成的直角内的反射叫做端角反射。在端角反射中，超声波经历了两次反射，当不考虑波型转换时，二次反射回波与入射波互相平行，即,回波声压,Pa,与入射波声压,P,0,之比称为端角反射率，用,T,端,表示。,（,1,）纵波入射时，端角反射率都很低，这是因为纵波在端角的两次反射中分离出较强的横波。,（,2,）,横波入射时，入射角,或,附近时，端角反射率最低。,时，端角反射率达,100%,。,