波的反射、透射及衰減

超聲波從一種介質傳播到另一種介質時，在兩種介質的分界面上，一部分能量反射回原介質內，稱為反射波;另一部分能量透過界面在另一種介質內傳播，稱為透射波。在界面上聲能(聲壓、聲強)的分配和傳播方向的變化都將遵循一定的規(guī)律。

一. 單一界面的反射和透射

聲能的變化與兩種介質的聲阻抗密切相關，設波從介質1(聲阻抗Z1)入射到介質2(聲阻抗Z2)，有以下幾種情況：

1. Z2 > Z1

聲壓反射率小于透射率。如水/鋼界面。

2. Z1> Z2

聲壓反射率大于透射率。如鋼/水界面。

聲強反射率及透射率只與Z1 、Z2的數(shù)值有關，與從哪種介質入射無關。

3. Z1>> Z2

聲壓(聲強)幾乎全反射，透射率趨于0。如鋼/空氣界面。

4. Z1≈Z2

此時幾乎全透射，無反射。因此在焊縫探傷中，若母材與填充金屬結合面沒有任何缺陷，是不會產生界面回波的。

二. 薄層界面的反射和透射

此情況主要對探頭保護膜設計具有指導意義。

當超聲波依次從三種介質Z1、 Z2  、Z3(如晶片—保護膜—工件)中穿過，則當薄層厚度等于半波長的整數(shù)倍時，通過薄層的聲強透射與薄層的性質無關，即好象不存在薄層一樣;當薄層厚度等于四分之一波長的奇數(shù)倍且薄層聲阻抗為其兩側介質聲阻抗幾何平均值  (Z2 = (Z2 Z3)1/2 )時，超聲波全透射。

三. 波型轉換和反射、折射定律

當超聲波傾斜入射到界面時，除產生同種類型的反射和折射波外，還會產生不同類型的反射和折射波，這種現(xiàn)象稱為波型轉換。

1. 縱波斜入射

2. 橫波入射

四. 超聲波的衰減

超聲波在介質中傳播時，隨著距離增加，超聲波能量逐漸減弱的現(xiàn)象叫做超聲波衰減。引起超聲波衰減的主要原因是波束擴散、晶粒散射和介質吸收

1. 擴散衰減

超聲波在傳播過程中，由于波束的擴散，使超聲波的能量隨距離增加面逐漸減弱的現(xiàn)象叫做擴散衰減。超聲波的擴散衰減僅取決于波陣面的形狀，與介質的性質無關。

2. 散射衰減

超聲波在介質中傳播時，遇到聲阻抗不同的界面產生散亂反射引起衰減的現(xiàn)象，稱為散射衰減。散射衰減與材質的晶粒密切相關，當材質晶粒粗大時，散射衰減嚴重，被散射的超聲波沿著復雜的路徑傳播到探頭，在屏上引起林狀回波(又叫草波)，使信噪比下降，嚴重時噪聲會湮沒缺陷波。

3. 吸收衰減

超聲波在介質中傳播時，由于介質中質點間內磨擦(即粘滯性)和熱傳導引起超聲波的衰減，稱為吸收衰減或粘滯衰減

通常所說的介質衰減是指吸收衰減與散射衰減，不包括擴散衰減。