【正文】 透鏡，如果為球面，將獲得點(diǎn)聚焦；如果為柱面，將獲得線聚集。對(duì)于凹面， c1c2時(shí)聚焦， c1c2時(shí)發(fā)散；對(duì)于凸面， c1c2時(shí)聚焦， c1c2時(shí)發(fā)散。 2022/5/30 平面波在曲界面上的反射與折射 ? 2. 平面波在曲界面上的折射 ? 平面波入射到曲面上時(shí)，其折射波也將發(fā)生聚焦或發(fā)散。 2022/5/30 平面波在曲界面上的反射與折射 ? （ 1）平面波入射到球面時(shí)，其反射波可視為從焦點(diǎn)發(fā)出的球面波，在軸線上距離曲面頂點(diǎn) x處的反射波聲壓為： ? （ 2）平面波入射到柱面時(shí)，其反射波可視為從焦點(diǎn)發(fā)出的柱面波，在軸線上距離曲面頂點(diǎn) x處的反射波聲壓為： ∣∣ fx f0PPx ??∣∣ fx f0PPx ??f—焦距， f=r/2 177。 ? 當(dāng)入射角較小， r=，距離 d較大不產(chǎn)生干涉，對(duì)于脈沖波，前壁各次聲壓比為： ? 后壁各次波的聲壓比為： 31211d61Pd41Pd21P ：：???51311d51Pd31Pd1P ：：???2022/5/30 球面波在平界面上的反射與折射 ? 3. 單一界面上的折射 ? 球面波入射到平界面上，其折射波不再是嚴(yán)格的球面波，只有其張角較小時(shí)，可視為近似的球面波，且有 ? 對(duì)于水 鋼界面： ? 折射波聲壓： 212s in1s in21cc??δδδδ415 9 0 01 4 5 02121 ???ccδδXP1tP ?2022/5/30 平面波在曲界面上的反射與折射 ? 1. 平面波在曲界面上的反射 ? 平面波入射到曲界面時(shí)，其反射波將發(fā)生聚焦或發(fā)散。 2022/5/30 球面波在平界面上的反射與折射 ? 1. 單一的平界面上的反射 ? 球面波入射到平界面上，反射波仍為球面波，且波源與入射波源對(duì)稱。 ? 。 時(shí)，端角反射率很高。 附近時(shí)，端角反射率很低，入射角在35176。 ??oappT ?端橫波入射時(shí)，入射角在 30176。見(jiàn)圖 232， 233 2022/5/30 聲壓往復(fù)透射率 ? 超聲波傾斜入射時(shí)，聲壓往復(fù)透射率等于兩次相反方向通過(guò)同一界面的聲壓透射率的乘積，即 toatoappppppT ??2022/5/30 端角反射 ? 當(dāng)工件的兩個(gè)相鄰表面構(gòu)成直角，超聲波束傾斜射向任一表面，且其反射波束指向另一表面時(shí)，即構(gòu)成端角反射的情況。 在斜入射情況下，各種類型反射波和折射波的聲壓反射率和透射率不僅與界面兩側(cè)介質(zhì)的聲阻抗有關(guān)，還與入射波的類型及入射角的大小有關(guān) 。但在超聲檢測(cè)中，關(guān)心的是斜入射的反射率和透射率隨入射角度的變化。 L1LS1S 39。此時(shí)，介質(zhì)中只存在反射橫波。使縱波反射角達(dá)到 90176。 ? αⅡ =176。 ? 第二介質(zhì)中既無(wú)折射縱波，又無(wú)折射橫波，介質(zhì)的表面將產(chǎn)生 表面波 R。 ? 通常在超聲檢測(cè)中，臨界角主要應(yīng)用于第二介質(zhì)為固體， 而第一介質(zhì)為固體或液體的情況。 L2LL1L s ins incc?? ?L2L1a r c s inccI ?? ?2022/5/30 （ 2）第二臨界角 ? 當(dāng)入射波為縱波，第二介質(zhì)為固體， 且CS2CL1時(shí)，使橫波折射角達(dá)到 90176。 的縱波入射角稱為第一臨界角，用符號(hào) αⅠ 表示。同時(shí)， 由于縱波聲速總是大于橫波聲速，因此縱波折射角βL要大于橫波折射角 βS。sL139。α2022/5/30 1. 縱波斜入射 ? 當(dāng)縱波傾斜入射到界面時(shí)，除產(chǎn)生反射縱波和折射縱波外，還會(huì)產(chǎn)生反射橫波和折射橫波，各種反射波和折射波的方向符合反射、折射定律。αs39。 2022/5/30 超聲波傾斜入射到界面時(shí)的反射和透射 超聲波傾斜入射到平界面上的反射、折射 (a) 縱波入射； (b) 橫波入射 s39。 聲壓往復(fù)透射率高低直接影響檢測(cè)靈敏度高低，往復(fù)透射率高，檢測(cè)靈敏度就高。 2)(42121ZZZZppppppTtoatoa????垂直入射，底面全反射的情況下，聲壓往復(fù)透射率在數(shù)值上和聲強(qiáng)透射率相等。 2022/5/30 2. 薄層兩側(cè)介質(zhì)不同的雙界面 1412d31222?????tZZZn有時(shí)，且時(shí)，）（當(dāng)?此時(shí)為全透射的情況。 2022/5/30 異質(zhì)薄層中的波長(zhǎng)為異質(zhì)薄層厚度m12dZZm ? 薄層界面的反射率和透射率 ? （ Z1=Z3≠Z2） )2(s)m1(m4111t)2(s)m1(m411)2(s)m1(m41r222222222222??????dindindin????透射率反射率2022/5/30 薄層界面的反射率和透射率 ? 由公式可知： ? （ 1）半波透聲層 ? （ 2）薄層厚度為 1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí) 愈大。 ? 在兩個(gè)界面上的反射和透射 d2 超聲波由聲阻抗為 Z1的第一介質(zhì)入射到 Z1和 Z2的交界面 ，然后通過(guò)聲阻抗為 Z2的第二介質(zhì)薄層射到 Z2和 Z3的交界面 ，最后進(jìn)入聲阻抗為 Z3的第三介質(zhì) 。但在固液、固氣界面上，橫波將發(fā)生全反射，這是因?yàn)闄M波不能在液體和氣體中傳播。 2022/5/30 單一平界面的反射率和透射率 ? 在垂直入射時(shí)，界面兩側(cè)的聲波必須滿足兩個(gè)邊界條件： ? （ 1）一側(cè)總聲壓等于另一側(cè)總聲壓，否則界面會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)； ? （ 2）兩側(cè)質(zhì)點(diǎn)速度振幅相等，以保持波的連續(xù)性。 2022/5/30 單一平界面的反射率和透射率 ? 聲強(qiáng)反射率 R和聲強(qiáng)透射率 T： R為反射波聲強(qiáng)(Ir)和入射波聲強(qiáng) (I0)之比； T為透射波聲強(qiáng) (It)和入射波聲強(qiáng) (I0)之比。 2022/5/30 單一平界面的反射率和透射率 ? 反射波聲壓 Pr與入射波聲壓 P0的比值稱為 聲壓反射率 r，透射波聲壓 Pt和 P0的比值稱為 聲壓透射率 t。 2022/5/30 超聲場(chǎng)的特征值 ? 若對(duì)二者取自然對(duì)數(shù)，則其單位為奈培 NP： ? 奈培與分貝的關(guān)系為： )NP(HHlnppln2121 ???1 1 5 N d B8 6 d N P??2022/5/30 超聲波垂直入射到界面的反射和透射 ? 超聲波在無(wú)限大介質(zhì)中傳播時(shí)，將一直向前傳播，不改變方向。 ? 將某一聲強(qiáng) I與標(biāo)準(zhǔn)聲強(qiáng) I0之比取常用對(duì)數(shù)得到二者相差的數(shù)量級(jí)，稱為聲強(qiáng)級(jí)，聲強(qiáng)級(jí)的單位為貝爾 B，即 ? △ =lg(I2/ I1) 貝爾（ B） ? 在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，貝爾這個(gè)單位太大，常用分貝（ dB）作為聲強(qiáng)級(jí)的單位。 ? I=ρcA2ω2/2=ZV2/2=P2/2Z ? 超聲波的聲強(qiáng)和頻率的平方成正比， ? 同一介質(zhì)中，超聲波的聲強(qiáng)和聲壓成正比。 ? Z=P/V=ρC ? 一般材料隨 溫度升高而 Z降低 。在同一聲壓下，介質(zhì)的聲阻抗越大，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度就越小。超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)在某一瞬時(shí)所具有的壓強(qiáng) p1與沒(méi)有超聲波存在時(shí)同一點(diǎn)的靜態(tài)壓強(qiáng) P0之差稱為該點(diǎn)的聲壓，用 p表示 ,單位為帕， Pa， )Pa(01 ppp ??2022/5/30 超聲場(chǎng)的特征值 ? Z ? 任一點(diǎn)的聲壓 p與該處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度之比叫聲阻抗 Z，單位： g/()； kg/()。對(duì)于鋼材， CL ≈，Cs≈。 2022/5/30 ? 無(wú)限大固體介質(zhì)中的縱波聲速： ? 無(wú)限大固體介質(zhì)中的橫波聲速： )21)(1()1(????????Ec L)1(2 ??? ???EGc S2022/5/30 ? 無(wú)限大固體介質(zhì)中的表面波聲速： ? CR= [（ +） /(1+σ)]CS E介質(zhì) 的楊氏彈性模量， MPa ； G介質(zhì) 的剪切彈性模量， MPa 。 ? ： 縱波、橫波和表面波的聲速主要是由介質(zhì)的彈性性質(zhì)、密度和泊松比決定的，而與頻率無(wú)關(guān)，不同材料聲速值有較大的差異。 ? A=（ A21+A22+2A1A2cos2πδ/λ） 1/2 ? 注意： ? （ 1）當(dāng) δ=nλ（ n為正數(shù)）時(shí)， A=A1+A2， ? （ 2）當(dāng) δ=(2n+1)λ/2時(shí)， A=∣ A1A2∣ . 2022/5/30 波的繞射 ? 菲涅爾原理 ? （衍射） ? TOFD成為可能 ? 繞射能使超聲波在介質(zhì)中順利傳播 ? 繞射使小缺陷回波幅度顯著下降，造成漏檢 ? 超聲檢測(cè)靈敏度約為 λ/2 2022/5/30 超聲波的傳播速度 ? 聲速表示聲波在介質(zhì)中傳播的速度，它與超聲波的波型有關(guān)，還與介質(zhì)的密度和彈性模量有關(guān)。 ? 相遇后各列波的波長(zhǎng)、頻率、振動(dòng)方向和傳播方向都保持不變，波的疊加原理或者波的獨(dú)立性原理。 ? 脈沖波 ? 波源振動(dòng)持續(xù)時(shí)間很短，間歇輻射的波稱為脈沖波。 當(dāng)聲源的尺寸遠(yuǎn)小于測(cè)量點(diǎn)距聲源的距離時(shí)，可以把超聲波看成是球面波。當(dāng)聲源是一個(gè)點(diǎn)時(shí)，在各向同性介質(zhì)中的波陣面為以聲源為中心的球面。 2022/5/30 按波形分類 波線、 (a) 平面波； (b) 柱面波； (c) 球面波 2022/5/30 按波形分類 ? 根據(jù)波陣面的形狀 (波形 )，可將超聲波分為平面波、柱面波和球面波等。在任何時(shí)刻，波前總是距聲源最遠(yuǎn)的一個(gè)波陣面。 ? 波線： 用波線表示傳播的方向 ? 波陣面：將同一時(shí)刻介質(zhì)中振動(dòng)相位相同的所有質(zhì)點(diǎn)所連成的面 ? 波前：某一時(shí)刻振動(dòng)傳播到達(dá)的距聲源最遠(yuǎn)的各點(diǎn)所連成的面稱為波前。一般只能發(fā)現(xiàn)距離工件表面兩倍波長(zhǎng)深度范圍內(nèi)的缺陷。 瑞利首先對(duì)這種波給予了理論上的說(shuō)明，因此表面波又稱為瑞利波（ Rayleigh wave），常