第2章超聲波檢測(cè)物理基礎(chǔ)

1、1主講教師：王秋萍主講教師：王秋萍Xi an Polytechnic University第第2 2章章 超聲檢測(cè)物理基礎(chǔ)超聲檢測(cè)物理基礎(chǔ)22.1 2.1 機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波 2.2 2.2 超聲波的分類超聲波的分類2.3 2.3 波的疊加、干涉和衍射波的疊加、干涉和衍射2.4 2.4 超聲波的傳播速度超聲波的傳播速度2.5 2.5 超聲場(chǎng)的特征值超聲場(chǎng)的特征值2.6 2.6 超聲波垂直入射到平界面上的反射和折射超聲波垂直入射到平界面上的反射和折射2.7 2.7 超聲波傾斜入射到平界面上的反射和折射超聲波傾斜入射到平界面上的反射和折射2.8 2.8 超聲波的聚焦與發(fā)散超聲波的聚焦

2、與發(fā)散2.9 2.9 超聲波的衰減超聲波的衰減Xi an Polytechnic University主要內(nèi)容主要內(nèi)容3u 機(jī)械振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)u 機(jī)械波機(jī)械波2.1 2.1 機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波 Xi an Polytechnic University4一一. .機(jī)械振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)1.1.定義：定義：物體（或質(zhì)點(diǎn)）在某一平衡位置附近作來(lái)回往復(fù)物體（或質(zhì)點(diǎn)）在某一平衡位置附近作來(lái)回往復(fù) 的運(yùn)動(dòng)，稱為機(jī)械振動(dòng)。可用周期和頻率表示。的運(yùn)動(dòng)，稱為機(jī)械振動(dòng)。可用周期和頻率表示。fT12.2.分類：分類：諧振動(dòng)、阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)諧振動(dòng)、阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)Xi an Polytechnic Uni

3、versity5(1) (1) 諧振動(dòng)諧振動(dòng)KxF胡克定律：tAycos諧振動(dòng)方程：Xi an Polytechnic UniversitytAycos諧振動(dòng)方程：6諧振動(dòng)物體的能量遵守機(jī)械能守恒定律（動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)換）諧振動(dòng)物體的能量遵守機(jī)械能守恒定律（動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)換） Xi an Polytechnic University7(2) (2) 阻尼振動(dòng)阻尼振動(dòng)阻尼振動(dòng)物體的能量不遵守阻尼振動(dòng)物體的能量不遵守機(jī)械能守恒定律。機(jī)械能守恒定律。振幅或能量隨時(shí)間不斷減小的振動(dòng)稱為阻尼振動(dòng)。振幅或能量隨時(shí)間不斷減小的振動(dòng)稱為阻尼振動(dòng)。 22000cose阻尼振動(dòng)圓頻率：阻尼振動(dòng)方程：tAytXi

4、 an Polytechnic University8(3) (3) 受迫振動(dòng)受迫振動(dòng)物體在周期性的外力的作用下產(chǎn)生的振動(dòng)。物體在周期性的外力的作用下產(chǎn)生的振動(dòng)。 PtAycos受迫振動(dòng)方程：受迫振動(dòng)物體的能量不遵守機(jī)械能守恒定律。受迫振動(dòng)物體的能量不遵守機(jī)械能守恒定律。Xi an Polytechnic University91.1.定義：定義：機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播過(guò)程。機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播過(guò)程。 2.2.產(chǎn)生條件：產(chǎn)生條件： (1)(1)要有作機(jī)械振動(dòng)的波源；要有作機(jī)械振動(dòng)的波源； (2)(2)要有能夠傳遞機(jī)械振動(dòng)的介質(zhì)要有能夠傳遞機(jī)械振動(dòng)的介質(zhì)( (即彈性介質(zhì)即彈性介質(zhì)) )

5、。 兩者缺一不可。兩者缺一不可。3.3.主要物理參量：主要物理參量：、c、f、TccTfc2二二. .機(jī)械波機(jī)械波Xi an Polytechnic University104.4.波動(dòng)方程：波動(dòng)方程：機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播過(guò)程。機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播過(guò)程。tAyOcos點(diǎn)振動(dòng)：kxtAcxtAyBcoscos點(diǎn)振動(dòng)：Xi an Polytechnic University11u 按波型分類按波型分類u 按波面形狀分類按波面形狀分類u 按波持續(xù)時(shí)間分類按波持續(xù)時(shí)間分類2.2 2.2 超聲波的分類超聲波的分類 Xi an Polytechnic University121.1.縱波縱波(

6、 (壓縮波、疏密波壓縮波、疏密波) )傳播介質(zhì)：固體、液體、氣體傳播介質(zhì)：固體、液體、氣體一一. .按波型分類按波型分類Xi an Polytechnic University132.2.橫波橫波( (剪切波或切變波剪切波或切變波) )傳播介質(zhì)：固體傳播介質(zhì)：固體Xi an Polytechnic University143.3.表面波表面波( (瑞利波瑞利波) )傳播介質(zhì)：固體傳播介質(zhì)：固體Xi an Polytechnic University154.4.板波板波( (蘭姆波蘭姆波) )傳播介質(zhì)：固體傳播介質(zhì)：固體Xi an Polytechnic University16cxtAycos

7、cxtxAycoscxtxAycos二二. .按波面形狀分類按波面形狀分類Xi an Polytechnic University17三三. .按波持續(xù)時(shí)間分類按波持續(xù)時(shí)間分類Xi an Polytechnic University18pf:峰值頻率dB6)2/1lg(20)/lg(20011帶寬頻帶寬度：HHfffu2/1ucfff中心頻率：頻譜分析圖頻譜分析圖Xi an Polytechnic University19u 波的疊加波的疊加u 波的干涉波的干涉u 共振駐波共振駐波u 惠更斯原理惠更斯原理u 超聲波衍射現(xiàn)象超聲波衍射現(xiàn)象2.3 2.3 波的疊加、干涉和衍射波的疊加、干涉和衍射X

8、i an Polytechnic University20一一. .波的疊加波的疊加 當(dāng)幾列波在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，如果在空間某處相遇，當(dāng)幾列波在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，如果在空間某處相遇，則相遇處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是各列波引起振動(dòng)的合成，在任意時(shí)刻該則相遇處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是各列波引起振動(dòng)的合成，在任意時(shí)刻該質(zhì)點(diǎn)的位移是各列波引起的位移的矢量和。幾列波相遇后仍保質(zhì)點(diǎn)的位移是各列波引起的位移的矢量和。幾列波相遇后仍保持各自原有的頻率、波長(zhǎng)、振動(dòng)方向等特性并按原來(lái)的傳播方持各自原有的頻率、波長(zhǎng)、振動(dòng)方向等特性并按原來(lái)的傳播方向繼續(xù)前進(jìn)，好像在各自的途中沒(méi)有遇到其它波一樣，這就是向繼續(xù)前進(jìn)，好像在各自的途中沒(méi)有遇到其它

9、波一樣，這就是波的疊加原理，又稱波的獨(dú)立性原理。波的疊加原理，又稱波的獨(dú)立性原理。Xi an Polytechnic University21兩列頻率相同、振動(dòng)方向相同、相位相同或相位差恒定的兩列頻率相同、振動(dòng)方向相同、相位相同或相位差恒定的波相遇時(shí)，介質(zhì)中某些地方振動(dòng)加強(qiáng)，而另一些地方的振動(dòng)互波相遇時(shí)，介質(zhì)中某些地方振動(dòng)加強(qiáng)，而另一些地方的振動(dòng)互相減弱的現(xiàn)象稱為波的干涉現(xiàn)象。相減弱的現(xiàn)象稱為波的干涉現(xiàn)象。 二二. .波的干涉波的干涉Xi an Polytechnic University22三三. .共振與駐波共振與駐波兩列振幅相同的相干波在同一直線上沿相反方向傳播時(shí)疊兩列振幅相同的相干波在

10、同一直線上沿相反方向傳播時(shí)疊加而形成駐波，兩列波產(chǎn)生共振。加而形成駐波，兩列波產(chǎn)生共振。Xi an Polytechnic University23 假如物體的兩個(gè)表面相互平行，則垂直假如物體的兩個(gè)表面相互平行，則垂直入射于表面的聲波將在兩表面之間多次反射。入射于表面的聲波將在兩表面之間多次反射。若兩表面間距等于半個(gè)波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，則若兩表面間距等于半個(gè)波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，則多次反射波互相疊加形成強(qiáng)烈的駐波，稱該多次反射波互相疊加形成強(qiáng)烈的駐波，稱該物體發(fā)生了共振。物體發(fā)生了共振。當(dāng)連續(xù)波在界面上發(fā)生全反射時(shí)形成駐當(dāng)連續(xù)波在界面上發(fā)生全反射時(shí)形成駐波，脈沖波在薄板中的反射也會(huì)形成駐波。波，脈沖波在

11、薄板中的反射也會(huì)形成駐波。在探頭設(shè)計(jì)中，若晶片的厚度等于半波在探頭設(shè)計(jì)中，若晶片的厚度等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，該波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的頻率是該晶片長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，該波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的頻率是該晶片的固有頻率，該頻率下晶片振動(dòng)的幅度最大。的固有頻率，該頻率下晶片振動(dòng)的幅度最大。 Xi an Polytechnic University24惠更斯原理：惠更斯原理：16901690年，惠更斯引入年，惠更斯引入“ “ 次波次波”的概念提出了惠的概念提出了惠更斯原理，即：行進(jìn)中的波陣面上任一點(diǎn)都可以看作是新的次更斯原理，即：行進(jìn)中的波陣面上任一點(diǎn)都可以看作是新的次波源，這些次波源各自向前發(fā)射球面子波，而某時(shí)刻這些子波波源，這些次

12、波源各自向前發(fā)射球面子波，而某時(shí)刻這些子波的包絡(luò)面就是該時(shí)刻新的波陣面。的包絡(luò)面就是該時(shí)刻新的波陣面。四四. .惠更斯原理惠更斯原理Xi an Polytechnic University25五五. .超聲波的衍射超聲波的衍射衍射：衍射：聲波繞過(guò)障礙物的邊緣并進(jìn)入其幾何陰影向后傳播的現(xiàn)象。聲波繞過(guò)障礙物的邊緣并進(jìn)入其幾何陰影向后傳播的現(xiàn)象。 波陣面發(fā)生畸變。波陣面發(fā)生畸變。Xi an Polytechnic University26u 固體介質(zhì)的聲速固體介質(zhì)的聲速u 液體、氣體介質(zhì)中的聲速液體、氣體介質(zhì)中的聲速2.4 2.4 超聲波的傳播速度超聲波的傳播速度Xi an Polytechnic

13、University27一一. .固體介質(zhì)的聲速固體介質(zhì)的聲速1.1.細(xì)棒中的縱波聲速細(xì)棒中的縱波聲速EcLd2.2.無(wú)限大固體介質(zhì)中的聲速無(wú)限大固體介質(zhì)中的聲速1) 1) 縱波速度縱波速度2111LEc2) 2) 橫波速度橫波速度GcE12s11之比，即與縱波相對(duì)伸長(zhǎng)短等于就介質(zhì)橫向相對(duì)縮介質(zhì)的泊泊松比松比，LLddXi an Polytechnic University284) 4) 聲速比聲速比RSLRSSRSLSL1112. 187. 012112ccccccccccc即即Xi an Polytechnic University3) 3) 表面波速度表面波速度tcGc112. 187.

14、 0112. 187. 0R293.3.聲速與溫度、應(yīng)力、均勻性的關(guān)系聲速與溫度、應(yīng)力、均勻性的關(guān)系4.4.蘭姆波蘭姆波純鐵中的聲速與溫度的關(guān)系T ( oC )26100200300cS ( m/s )3229318531543077),(ftcc Xi an Polytechnic University30Bc 2.2.液體介質(zhì)中的聲速與溫度的關(guān)系液體介質(zhì)中的聲速與溫度的關(guān)系二二. .液體、氣體介質(zhì)中的聲速液體、氣體介質(zhì)中的聲速1.1.液體、氣體中的聲速公式液體、氣體中的聲速公式除水以外的所有液體，隨著溫度的升高其聲速降低。除水以外的所有液體，隨著溫度的升高其聲速降低。2740245. 01

15、557tcL：水中聲速與溫度的關(guān)系Xi an Polytechnic University不同溫度下水中聲速不同溫度下水中聲速溫度溫度(C)102025304050607080聲速聲速(m/s)1448 1483 1497 1510 1530155415521555 155431Xi an Polytechnic Universitym/s034m/s14802730m/sm/s030800m/s36m/s03235900m/sLLLSLSLccccccc空氣：水：有機(jī)玻璃：；鋁：；鋼：常用固體、液體、氣體中的聲速常用固體、液體、氣體中的聲速32u 聲壓聲壓u 聲阻抗聲阻抗u 聲強(qiáng)聲強(qiáng)u 分貝

16、分貝2.5 2.5 超聲場(chǎng)的特征值超聲場(chǎng)的特征值Xi an Polytechnic University3301PPP2.2.聲壓方程聲壓方程( (對(duì)于平面波對(duì)于平面波) )單位：?jiǎn)挝唬篜a（1Pa=1N/ /m2）cxtcAcuPsin 1.1. 定義：定義：超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)在某一瞬間所具有的壓強(qiáng)超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)在某一瞬間所具有的壓強(qiáng)P1，與沒(méi)有，與沒(méi)有 超聲場(chǎng)存在時(shí)同一點(diǎn)的靜態(tài)壓強(qiáng)超聲場(chǎng)存在時(shí)同一點(diǎn)的靜態(tài)壓強(qiáng)P0之差叫做該點(diǎn)的瞬之差叫做該點(diǎn)的瞬 時(shí)聲壓，常用時(shí)聲壓，常用P表示，即：表示，即：一一. .聲壓聲壓Xi an Polytechnic UniversityHcAP波高振幅：max34推

17、導(dǎo)：推導(dǎo)：設(shè)超聲場(chǎng)中面積元上聲壓為設(shè)超聲場(chǎng)中面積元上聲壓為P，則面積元上壓力為：，則面積元上壓力為：F=PdS。以以dx表示超聲波在表示超聲波在dt時(shí)間內(nèi)傳播的距離，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為時(shí)間內(nèi)傳播的距離，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為u，體積元，體積元質(zhì)為質(zhì)為m=dSdx。 mutF根據(jù)動(dòng)量守恒：cutxuPxSutSPdddddd0，對(duì)上式取微分：設(shè)初速為得：由波動(dòng)方程cxtAycoscxtAtyusin質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度：cxtcAcuPsin聲壓方程：Xi an Polytechnic University35cZucuuP 1.1.定義：定義：表示介質(zhì)對(duì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的阻礙作用的物理量表示介質(zhì)對(duì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的阻礙作用的物理

18、量，常用，常用 Z 表表 示，即：示，即：?jiǎn)挝唬簡(jiǎn)挝唬篻/(cm2s) 或或 kg/(m2s)X 聲阻抗隨溫度的升高而降低。聲阻抗隨溫度的升高而降低。二二. .聲阻抗聲阻抗Xi an Polytechnic University362222221212121cAZucPZPI 1. .定義：定義：在垂直于超聲波傳播方向上單位面積單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的在垂直于超聲波傳播方向上單位面積單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的 聲能量稱為聲強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱聲強(qiáng)，常用聲能量稱為聲強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱聲強(qiáng)，常用I表示。表示。2.2.聲強(qiáng)與聲壓的關(guān)系聲強(qiáng)與聲壓的關(guān)系三三. .聲強(qiáng)聲強(qiáng)單位：?jiǎn)挝唬篧/ /cm2 或或 J/(cm2s)Xi an Pol

19、ytechnic University371.1.利用分貝作單位的原因利用分貝作單位的原因?qū)?shù)成正比人耳響度感覺(jué)與強(qiáng)度的；廣泛聲振動(dòng)的能量范圍及其2.2.聲強(qiáng)級(jí)聲強(qiáng)級(jí)聲閾：聲閾：規(guī)定規(guī)定頻率頻率 f=1 1kHz時(shí)時(shí)人耳感受聲音的最低強(qiáng)度作為人耳感受聲音的最低強(qiáng)度作為聲強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)，在聲學(xué)上稱為聲強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)，在聲學(xué)上稱為“聲閾聲閾”，用，用I0 表示，即表示，即 I0=1010-16W/ /cm2。四四. .分貝分貝Xi an Polytechnic University38(1)(1)聲強(qiáng)級(jí)：聲強(qiáng)級(jí)：Bellg0IIIL dBlg1012IIIL (2)(2)聲壓級(jí)：聲壓級(jí)：dBlg2012PPP

20、L (3)(3)波高比波高比dBlg20lg201212HHPPXi an Polytechnic UniversityHcAP波高max393.3.分貝應(yīng)用舉例分貝應(yīng)用舉例 1 1. 示波屏上一波高為示波屏上一波高為80mm，另一波高為，另一波高為20mm，則前，則前 者比后者高多少者比后者高多少dB？，dB12lg20lg20208021HH 2 2. 示波屏上有示波屏上有A、B兩個(gè)波，其中兩個(gè)波，其中A波比波比B波高波高3dB。 已知已知B波高為波高為50mm，則，則A波高為多少？波高為多少？dB3lg20lg2050ABAABmm7020/31050AXi an Polytechnic

21、 University40dB2105020lg20dB1410lg20)2(5080BCBCBABAdB082050lg20dB48lg20)3(2080CCBBCACA 3.3.已知超聲檢測(cè)儀示波屏上有已知超聲檢測(cè)儀示波屏上有A、B、C三個(gè)波，其中三個(gè)波，其中A波高波高為為滿刻滿刻 度的度的 80%，B波高為波高為50%，C波高為滿刻度的波高為滿刻度的20%。 (1)(1)設(shè)設(shè)A波為基準(zhǔn)波為基準(zhǔn)( (0dB) )，則，則B波和波和C波高各為多少波高各為多少dB？ (2)(2)設(shè)設(shè)B波為基準(zhǔn)波為基準(zhǔn)( (10dB) )，則，則A波和波和C波高各為多少波高各為多少dB？ (3)(3)設(shè)設(shè)C波為

22、基準(zhǔn)波為基準(zhǔn)( (-8dB) )，則，則A波和波和B波高各為多少波高各為多少dB？，dB1208020lg20dB40lg20 18050ACACABAB）（Xi an Polytechnic University41u 單一平界面的反射率和透射率單一平界面的反射率和透射率u 薄層界面的反射率和透射率薄層界面的反射率和透射率2.6 2.6 超聲波垂直入射到平超聲波垂直入射到平界面上的反射和折射界面上的反射和折射Xi an Polytechnic University421.1.聲學(xué)邊界條件聲學(xué)邊界條件一一. .單一平界面的反射率和透射率單一平界面的反射率和透射率(1)(1)界面兩側(cè)的聲壓連續(xù)，

23、否則兩側(cè)受力不等，界面發(fā)生運(yùn)動(dòng)，界面兩側(cè)的聲壓連續(xù)，否則兩側(cè)受力不等，界面發(fā)生運(yùn)動(dòng)， 即即 trPPP0(2)(2)界面兩側(cè)的質(zhì)點(diǎn)速度振幅保持連續(xù)，也就是界面兩側(cè)質(zhì)點(diǎn)振界面兩側(cè)的質(zhì)點(diǎn)速度振幅保持連續(xù)，也就是界面兩側(cè)質(zhì)點(diǎn)振 動(dòng)速度振幅相等，即動(dòng)速度振幅相等，即2100ZPZPPuuutrtrXi an Polytechnic University432.2.單一平界面的反射率和透射率單一平界面的反射率和透射率1220121202ZZZPPtZZZZPPrtr聲壓透射率：聲壓反射率：2122102121204ZZZZIITZZZZIIRtr聲強(qiáng)透射率：聲強(qiáng)反射率：Xi an Polytechnic

24、 University44Xi an Polytechnic University1220121202ZZZPPtZZZZPPrtr聲壓透射率：聲壓反射率：全透射聲壓同相疊加而增強(qiáng)聲壓反相抵消而減弱討論1, 0:)31, 0:)210 , 0:) 1212121trZZtrZZtrZZ45Xi an Polytechnic University462222222222222sin141112sin14112sin141dmmtdmmdmmr1.1. 均勻介質(zhì)中的異質(zhì)薄層（均勻介質(zhì)中的異質(zhì)薄層（Z1=Z3Z Z2 2）。，時(shí)，為整數(shù)。半波透聲層時(shí)，為整數(shù)討論minmax22224) 12()2)

25、( 1, 02) 1ttrrnndtrnnd用來(lái)分析工件中存用來(lái)分析工件中存在缺陷時(shí)超聲波的在缺陷時(shí)超聲波的反射問(wèn)題反射問(wèn)題二二. .薄層界面的反射率和透射率薄層界面的反射率和透射率Xi an Polytechnic University47結(jié)論：結(jié)論：1.1. 檢測(cè)氣體介質(zhì)靈敏度很高。檢測(cè)氣體介質(zhì)靈敏度很高。 2.2. f檢測(cè)靈敏度檢測(cè)靈敏度。(1)(1) 當(dāng)當(dāng)f=1MHz時(shí)，鋼中厚度為時(shí)，鋼中厚度為d=10-5mm的氣隙幾乎能的氣隙幾乎能100%反射。反射。 (2)(2)鋼中氣隙鋼中氣隙d=10-7mm時(shí)，時(shí)， f=1MHz，r=20%；f=5MHz，r=60%。 Xi an Polyte

26、chnic University4822222312222231312sin2cos4dZZZZdZZZZT2.2.薄層兩側(cè)介質(zhì)不同的雙界面（薄層兩側(cè)介質(zhì)不同的雙界面（Z1 Z3Z Z2 2）討論：討論：這對(duì)于直探頭保護(hù)的設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義。這對(duì)于直探頭保護(hù)的設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義。Xi an Polytechnic University49空氣空氣( (Z=0) )PoPtPtPaPrZ1Z222121004PPPZZZZPPPTtata往3.3.聲壓往復(fù)透射率聲壓往復(fù)透射率結(jié)論：結(jié)論：1.1.界面兩側(cè)介質(zhì)聲阻抗相差越小，界面兩側(cè)介質(zhì)聲阻抗相差越小，Ta越高。越高。 2.2. Ta越高越高檢

27、測(cè)靈敏度檢測(cè)靈敏度Xi an Polytechnic University50Xi an Polytechnic University51u 單一平界面的反射率和透射率單一平界面的反射率和透射率u 薄層界面的反射率和透射率薄層界面的反射率和透射率2.7 2.7 超聲波傾斜入射到平超聲波傾斜入射到平界面上的反射和折射界面上的反射和折射Xi an Polytechnic University52一一. .波型轉(zhuǎn)換與反射、折射定律波型轉(zhuǎn)換與反射、折射定律Xi an Polytechnic University53臨界角臨界角Xi an Polytechnic University542 .33590

28、03230arcsinarcsin7 .5732302730arcsinarcsin6 .2759002730arcsinarcsinL1S1III21II21IccccccSLLL第一介質(zhì)為有機(jī)玻璃：第一介質(zhì)為有機(jī)玻璃：cL=2730m/s；第二介質(zhì)為鋼：縱波速度第二介質(zhì)為鋼：縱波速度cL2=5900m/s， 橫波速度橫波速度cS2=3230m/s。求第一、第二臨界角各是多少。求第一、第二臨界角各是多少。對(duì)于鋼，第三臨界角是多少。對(duì)于鋼，第三臨界角是多少。Xi an Polytechnic University55當(dāng)當(dāng)L=60時(shí)，縱波聲壓反射率時(shí)，縱波聲壓反射率 rLL 很低，橫波很低，橫波

29、聲壓反射率聲壓反射率 rLS 較高。因?yàn)榭v波斜入射時(shí)，較高。因?yàn)榭v波斜入射時(shí)，當(dāng)當(dāng)L=60左右時(shí)產(chǎn)生一個(gè)較強(qiáng)變型反射橫波。左右時(shí)產(chǎn)生一個(gè)較強(qiáng)變型反射橫波。當(dāng)當(dāng)S=30左右時(shí)，橫波聲壓反射率左右時(shí)，橫波聲壓反射率rSS很低，很低，縱波聲壓反射率縱波聲壓反射率rSL較高。較高。S 32.2 ()時(shí)，時(shí)， rSS=100%，即鋼中橫波全反射。，即鋼中橫波全反射。Xi an Polytechnic University二二. .聲壓反射率聲壓反射率56三三. .聲壓往復(fù)透射率聲壓往復(fù)透射率0PPTa往1.1.定義定義 超聲波傾斜入射，折射波全反射，探頭接收到的到的回波超聲波傾斜入射，折射波全反射，探頭

30、接收到的到的回波聲壓聲壓 Pa 與入射波聲壓與入射波聲壓 P0 之比稱為聲壓往復(fù)透射率，常用之比稱為聲壓往復(fù)透射率，常用 T 表表示，則示，則 Xi an Polytechnic University57 當(dāng)縱波入射角當(dāng)縱波入射角L14.5( () )時(shí)，折射縱波的往復(fù)透射率時(shí)，折射縱波的往復(fù)透射率TLL不超過(guò)不超過(guò)13%，折，折射橫波的往復(fù)透射率射橫波的往復(fù)透射率TLS小于小于6%。當(dāng)。當(dāng)L=14.527.7 ( () ) 時(shí)，鋼中沒(méi)有折射縱時(shí)，鋼中沒(méi)有折射縱波，只有折射橫波，其折射橫波的往復(fù)透射率波，只有折射橫波，其折射橫波的往復(fù)透射率TLS最高不到最高不到20%。 2.2. 縱波傾斜入射

31、到水縱波傾斜入射到水/ /鋼界面聲壓往復(fù)透射率鋼界面聲壓往復(fù)透射率Xi an Polytechnic University58 當(dāng)縱波入射角當(dāng)縱波入射角L27.6()時(shí)，折射縱波的往復(fù)透射率時(shí)，折射縱波的往復(fù)透射率TLL不超過(guò)不超過(guò)25%，折射，折射橫波的往復(fù)透射率橫波的往復(fù)透射率TLS小于小于10%。當(dāng)。當(dāng)L=27.657.7 ( () )時(shí)，鋼中沒(méi)有折射縱波，時(shí)，鋼中沒(méi)有折射縱波，只有折射橫波，其折射橫波的往復(fù)透射率只有折射橫波，其折射橫波的往復(fù)透射率 TLS 最高不超過(guò)最高不超過(guò)30%，這時(shí)對(duì)應(yīng)的，這時(shí)對(duì)應(yīng)的L30，S=37。 3. 3. 縱波傾斜入射到有機(jī)玻璃縱波傾斜入射到有機(jī)玻璃/

32、/鋼界面聲壓透射率鋼界面聲壓透射率Xi an Polytechnic University59四四. .端角反射端角反射1. 定義：定義：超聲波在兩個(gè)平面構(gòu)成的直角內(nèi)的反射叫做端角反射。超聲波在兩個(gè)平面構(gòu)成的直角內(nèi)的反射叫做端角反射。不考慮波形轉(zhuǎn)換不考慮波形轉(zhuǎn)換( (L+S=90 ) )應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：橫波探頭檢測(cè)薄板橫波探頭檢測(cè)薄板Xi an Polytechnic University60Xi an Polytechnic University焊縫檢測(cè)焊縫檢測(cè)610PPTa端2.2. 端角反射率：端角反射率：回波聲壓回波聲壓Pa與入射波聲壓與入射波聲壓P0之比，常用之比，常用 T 端表

33、端表示，即示，即(1)(1) 縱波入射時(shí)縱波入射時(shí)Xi an Polytechnic University分析：分析：端角反射率都很端角反射率都很低，這是因?yàn)榭v波在端低，這是因?yàn)榭v波在端角的兩次反射中都分離角的兩次反射中都分離出較強(qiáng)的橫波。出較強(qiáng)的橫波。 62分析：分析：橫波入射時(shí)，入射角橫波入射時(shí)，入射角S=30或或60附近時(shí)，端附近時(shí)，端角反射率最低。角反射率最低。 S=3555時(shí)，端時(shí)，端角反射率達(dá)角反射率達(dá)100%。 (2)(2) 橫波入射時(shí)橫波入射時(shí)Xi an Polytechnic University63u 聲壓距離公式聲壓距離公式u 平面波在曲面上的反射和折射平面波在曲面上的反射和折射 2.8 2.8 超聲波的聚焦與發(fā)散超聲波的聚焦與發(fā)散Xi an Polytechnic University64一一. .聲壓距離公式聲壓距離公式Xi an Polytechnic University65二二. .平面波在曲面上的反射和折射平面波在曲面上的反射和折射 1.1.平面波在曲面上的反射平面波在曲面上的反射Xi an Polytechnic University662.2.平面波在曲面上的透射平面波在曲面上的透射12/1ccrfXi an Polytechnic University67u 衰減的原因衰減的原因u 衰減方程與衰減系數(shù)衰減方