如图2-30所示,当超声波从固体介质Ⅰ(声阻抗Z1)射入固体介质Ⅱ(声阻抗Z2),再从介质Ⅱ与空气的界面(固/气界面)反射回介质Ⅰ时,这一过程中声压如何分配呢?
我们把这一过程中最终返回介质Ⅰ的声压Pa与入射声压P0的比值,称为声压往复透射率,记为T往,即
图2-30 声压往复透射示意图
P0—入射声压 Pt—透射声压Pr—介质Ⅰ/介质Ⅱ界面的反射声压Pa—经介质Ⅱ与空气的界面返回介质Ⅰ的声压
由式(2-42)可知,声压往复透射率与界面两侧介质的声阻抗有关,与从何种介质入射到界面无关。界面两侧介质声阻抗相差越小,声压往复透射率就越高,反之越低。
比较式(2-41)和式(2-42)可以看出,声压往复透射率T往与声强单方向的透射率T在数值上是相等的。(www.daowen.com)
在超声检测过程中,超声波探头兼作发射和接收超声波(即反射法超声检测),探头发出的超声波透过界面进入工件,在固/气底面产生全反射后再次通过同一界面被探头接收,这时,探头接收的超声波声压的大小就可以用声压往复透射率来表征。往复透射率直接影响检测灵敏度,往复透射率高,检测灵敏度高;反之,检测灵敏度低。
例1:已知水的声阻抗Z1=1.5×106kg/(m2·s),钢中声阻抗Z2=45×106kg/(m2·s),求超声波垂直入射到水/钢界面时的声压往复透射率。解:
例2:超声波检测声阻抗为45×106kg/(m2·s)的钢件,直探头保护膜的声阻抗为20×106kg/(m2·s),若耦合剂中超声波全透射,且在钢工件底面全反射。求超声波在直探头/工件界面上的声压往复透射率。
解:已知Z1=20×106kg/(m2·s),Z2=45×106kg/(m2·s),则
以上两例说明,直接接触法检测的声压往复透射率高于水浸法检测的声压往复透射率,即直接接触法检测的灵敏度高于水浸法检测,此结论的前提条件是工件表面状态良好,表面精度很高。
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