超声波垂直入射到界面的反射和折射

超声波垂直入射到界面的反射和折射超声波垂直入射到界面的反射和折射第1页超声波从一个介质传输到另一个介质时，在两种介质分界面上，一个别能量反射回原介质内，称反射波；另一个别能量透过界面在另一个介质内传输，称透射波。在界面上声能（声压、声强）分配和传输方向改变都将遵照一定规律。超声波垂直入射到界面的反射和折射第2页2.6.1单一平界面反射率与透射率

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反射波，在第二介质中产生一个与入射波方向相同透射波。设入射波声压为P0（声强为I0）、反射波电压为Pr（声强为Ir）、透射波声压为Pt（声强为It）。界面上反射波声压P与入射波声压P0之比称为界面声压反射率，用r表示，即r=Pr/P0。界面上透射波声压Pt与入射波声压P0之比称为界面声压透射率，用t表示，即t=Pt/P0。在界面两侧声波，必须符合以下两个条件：（1）界面两侧总声压相等，即p0+pr=pt。（相位关系，力平衡）（2）界面两侧质点振动速度幅值相等，即（p0-pr）/Z1=pt/Z2（能量平衡）由上述两边界条件和声压反射率、透射率定义得：解上述联立方程得声压反射率r和透射率t分别为：

超声波垂直入射到界面的反射和折射第3页2.6.1单一平界面反射率与透射率界面上反射波声强Ir与入射波声强I0之比称为声强反射率，用R表示。

界面上透射波声强It与入射波声强I0之比称为声强透射率，用T表示。超声波垂直入射到平界面上时，声压或声强分配百分比仅与界面两侧介质声阻抗相关。由以上几式能够导出：T+R=1t-r=1超声波垂直入射到界面的反射和折射第4页2.6.1单一平界面反射率与透射率讨论：当Z2>Z1时，如水/钢当Z1>Z2时，如钢/水当Z1>>Z2时，（如钢/空气界面）

当Z1≈Z2时，如普通碳钢焊缝母材与填充金属之间超声波垂直入射到界面的反射和折射第5页2.6.1单一平界面反射率与透射率以上讨论为超声波纵波垂直到单一平界面上声压、声强反射率和透射率一样适合用于横波入射情况，但必须注意是在固体/液体或固体/气体界面上，横波全反射。因为横波不能在液体和气体中传输。超声波垂直入射到界面的反射和折射第6页2.6.2薄层界面反射率与透射率超声检测时，经常碰到耦合层和缺点薄层等问题，这些都可归结为超声波在薄层界面反射和透射问题。此时，超声波是由声阻抗为Z1第一介质入射到Z1和Z2界面，然后经过声阻抗为Z2第二介质薄层射到Z2和Z3界面，最终进入声阻抗为Z3第三介质。超声波经过一定厚度异质薄层时，反射和透射情况与单一平界面不一样。异质薄层很薄，进入薄层内超声波会在薄层两侧界面引发屡次反射和透射，形成一系列反射波和透射波薄层界面反射透射示意图超声波经过异质薄层时声压反射率和透射率不但与介质声阻抗和薄层声阻抗相关，而且与薄层厚度同其波长之比d2/λ2相关超声波垂直入射到界面的反射和折射第7页2.6.2薄层界面反射率与透射率1.均匀介质中异质薄层（Z1=Z3≠Z2）

（1）当（n为整数）时，。这说明当薄层两侧介质声阻抗相等，薄层厚度为其半波长整数倍时，超声波全透射，几乎无反射，好象不存在异质薄层一样。这种透声层常称为半波透声层。（2）（n为整数）时，即异质薄层厚度等于其四分之一波长奇数倍时，声压透射率最低，声压反射率最高。图2－37与图2－38

2．薄层两侧介质不一样双界面（1）当（n为整数）时，。这说明超声波垂直入射到两侧介质声阻抗不一样薄层时，若薄层厚度等于半波长整数倍，则经过薄层声强透射率与薄层性质无关，好象不存在薄层一样（2）（n为整数）时，且时，此时T＝1，即声强透射率等于1，超声波全透射。直探头保护膜设计超声波垂直入射到界面的反射和折射第8页2.6.3声压往复透射率在超声波单探头检测中，探头兼作发射和接收超声波。探头发出超声波透过界面进入工件，在固/气底面产生全反射后再次经过同一界面被探头接收这时探头接收到回波声压与入射波声压之比，称为声压往复透射率T往

声压往复透射率与界面两侧介质声阻抗相