1.反射、透射规律的声压、声强表示

当超声波垂直入射于两种声特性阻抗不同的介质的大平界面上时，反射波将以与入射波方向相反的路径返回，且有部分超声波透过界面射入第二介质。如图1-20所示，平面界面上入射声强为I_o，入射声压为p_o；反射声强为I_r，反射声压为p_r；透射声强为I_t，透射声压为p_t。若声束入射一侧的声特性阻抗为Z₁，透射一侧介质声特性阻抗为Z₂，并令m=Z₁/Z₂（称为声特性阻抗比），则可得到：

（1）声压反射系数

图1-20 超声波在单一平界面上反射和透射

（2）声压透射系数

若把声压看作是单位面积上受的力，则其应符合力的平衡原理，那么p_o+p_r=p_t，等式两边除以p_o，得

若把I_r/I_o和I_t/I_o分别定义为声强反射系数（R）和声强透射系数（D），就可得到：

（1）声强反射系数

（2）声强透射系数

声强是一种单位能量，作用于同一界面的声强应满足能量守恒定律，所以声强变化可写为I_o=I_r+I_t，等式两边除以I_o，得

从式（1-20）可知：

从式（1-22）可知：

2.声压往复透过系数

实际检测中的探头常兼作发射和接收声波用，并认为透射至工件底面的声压在钢/空气界面上全反射后，再次透过界面后被探头接收，因此，探头所收到的返回声压p_t′与入射声压p_o之比，即为声压往复透过系数τ_P。

由此可以看出，声压往复透过系数和声强透射系数在数值上相等。

3.介质对反射、透射的影响

超声波垂直入射至两种不同声特性阻抗介质的平界面上时，可以有以下四种常见的反射和透射情况。

1）Z₂>Z₁，常见于水浸检测水/钢面，如图1-21所示。水浸检测时，超声波由水入射至钢中，此时Z₁（水）=1.5×10⁶kg/（m²·s），Z₂（钢）=46×10⁶kg/（m²·s），则有：

①水/钢界面声压反射系数

②声压透射系数(www.daowen.com)

③声强透射系数

D=1-γ²_p=1-0.937²=0.12

可以看出，100%的入射声强中只有12%的声强变为第二介质（钢）中的透射波声强，故钢材水浸超声波检测应适当提高灵敏度，以弥补钢中透射声能的减少。

图1-21 平面波垂直到水/钢面（Z₂>Z₁）

2）Z₂<Z₁，常见于水浸检测钢/水面，如图1-22所示。Z₁（钢）=46×10⁶kg/（m²·s），Z₂（水）=1.5×10⁶kg/（m²·s），则有：

①钢/水界面声压反射系数

②声强透射系数

D=1-γ²_p=1-0.937²=0.12

可以看出，100%的入射声强中有12%的声强变为第二介质（水）中的透射波声强，说明入射声强损失很小。

图1-22 平面波垂直到钢/水面（Z₂<Z₁）

3）Z₁>>Z₂，常见于超声波检测钢/空气面和探头的晶片/空气面。

超声波由钢入射至空气中，此时Z₁（钢）=46×10⁶kg/（m²·s），Z₂（空气）=0.0004×10⁶kg/（m²·s），则有：

①钢/空气界面声压反射系数

②声压透射系数

由此可知，超声波在钢/空气界面上的声压反射系数为100%，超声波无透射。

超声波探头直接置于空气中，此时Z₁（晶片）=30×10⁶kg/（m²·s），Z₂（空气）=0.0004×10⁶kg/（m²·s），则有：

①晶片/空气界面声压反射系数

②声压透射系数

由此可知，超声波探头若与工件硬性接触而无液体耦合剂，则当工件表面粗糙时，相当于探头直接置于空气中，超声波在晶片/空气界面上将产生100%的反射，而无法透射进入工件。

4）Z₁≈Z₂，常见于声特性阻抗接近的介质界面。

超声波由钢的母材金属入射至焊缝金属中，此时母材和焊缝的声特性阻抗通常仅差1%，界面上的声压反射系数：γ_p≈0.5%，声压透射系数：τ_p=1+0.5%≈1。

由此可知，超声波在声特性阻抗接近的介质界面上的反射声压极小，超声波几乎全透射。