超声波的反射、折射等传播特性

超声波的反射、折射等传播特性

超声波是一种在弹性介质中传播的机械波，其频率高于人类听觉范围。当超声波遇到不同介质的界面时，会发生反射、折射等现象，并伴随波型转换。这些特性在无损检测、医学成像等领域有着广泛的应用。

超声波的反射与折射

当超声波从一种介质入射到另一种介质的界面时，部分能量会反射回原介质，部分能量则会折射进入新介质。反射和折射的角度遵循斯涅尔定律（Snell's Law），即入射角和折射角的正弦值之比等于两种介质中声速的反比。

图2.12 超声波在异质界面的反射、折射

波型转换

在超声波检测中，通过控制入射角和界面两侧介质的声速比，可以实现波型转换。例如，可以将纵波转换为横波、瑞利波或兰姆波，以适应不同工件和检测条件的需求。这种转换对于提高检测精度和效率具有重要意义。

菲涅尔折射定律

菲涅尔折射定律描述了超声波在不同介质界面处的折射规律。设α为入射角，C1为第一介质中入射超声波的速度；β为反射或折射角，C2为在第一介质中反射或者在第二介质中折射超声波的速度。则有：

$$
\frac{\sin \alpha}{\sin \beta} = \frac{C_1}{C_2}
$$

应用

在超声波检测中，主要利用超声波的反射、折射等特性来探测材料中的缺陷。通过分析反射波的强度、时间延迟等参数，可以判断材料内部是否存在裂纹、气孔等缺陷，从而实现无损检测的目的。

此外，超声波的这些特性还广泛应用于医学成像、水下探测等领域。例如，在医学超声成像中，通过控制超声波的入射角度和波型，可以获取人体内部器官的高分辨率图像，为临床诊断提供重要依据。