交通強國·鐵路先行

超聲波斜入射至異質(zhì)界面交通強國·鐵路先行一、超聲波傾斜入射至異質(zhì)界面的反射二、超聲波傾斜入射時的折射三、臨界角目錄反射現(xiàn)象--波型轉(zhuǎn)換交通強國·鐵路先行波型轉(zhuǎn)換超聲波傾斜入射至異質(zhì)界面的反射跟光在鏡面上的反射不同，一束光斜入射至鏡面反射出去的仍是一束光，而超聲波則不然，一束超聲波斜入射反射出去有兩束超聲波，其中一束是橫波一束是縱波，這種現(xiàn)象叫波型轉(zhuǎn)換（左圖）。超聲波反射示意圖1、超聲波傾斜入射至異質(zhì)界面的反射2、超聲波傾斜入射時的折射3、臨界角∠1L∠2∠3LS反射定律交通強國·鐵路先行重要結(jié)論：在反射過程當(dāng)中速度相同角度相等，速度大的角度大?！?入射縱波的入射角，C1

入射縱波的速度?！?反射橫波的反射角，C2

反射橫波的速度?！?反射縱波的反射角，C3

反射縱波的速度。反射過程中各波型角度關(guān)系：在同一個介質(zhì)中反射縱波和入射縱波的速度相同，即C1=C3，根據(jù)反射定律則∠1=∠3相等。同一種介質(zhì)中縱波的速度大于橫波的速度，即C1＞C2，根據(jù)反射定律則∠1＞∠2。1、超聲波傾斜入射至異質(zhì)界面的反射2、超聲波傾斜入射時的折射3、臨界角超聲波反射示意圖∠1L∠2∠3LSC1C2C3折射射現(xiàn)象--波型轉(zhuǎn)換交通強國·鐵路先行波型轉(zhuǎn)換超聲波傾斜入射至異質(zhì)界面超聲波的傳播線路發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫折射，在折射過程中也發(fā)生了波型轉(zhuǎn)換，即一束超聲波斜入射折射出兩束超聲波，其中一個是橫波一個是縱波，如左圖。超聲波折射示意圖1、超聲波傾斜入射至異質(zhì)界面的反射2、超聲波傾斜入射時的折射3、臨界角∠1L∠2∠3LS

有機玻璃

鋼折射定律交通強國·鐵路先行重要結(jié)論：在折射過程當(dāng)中速度相同角度相等，速度大的角度大?！?入射縱波的入射角，C1入射縱波在有機玻璃的速度∠2折射橫波的折射角，C2折射橫波在鋼中的速度∠3折射縱波的折射角，C3折射縱波在鋼中的速度折射過程中各波型角度關(guān)系：因折射定律與反射定律數(shù)學(xué)表達(dá)式一樣，所以推出來一樣的結(jié)論：速度相同角度相等，速度大的角度大，所以∠1＜∠2＜∠3。超聲波折射示意圖1、超聲波傾斜入射至異質(zhì)界面的反射2、超聲波傾斜入射時的折射3、臨界角∠1L∠2∠3LS

有機玻璃

鋼C1C2C3請思考？交通強國·鐵路先行斜探頭在檢測鋼軌時，探頭內(nèi)部的壓電晶片發(fā)送縱波，在有機玻璃和鋼的異質(zhì)界面上既發(fā)生反射又發(fā)生折射，反射出去的縱波和橫波被探頭內(nèi)消聲槽和阻尼塊吸收，折射入鋼軌的縱波和橫波用于探傷，但是鋼軌內(nèi)既有橫波又有縱波，儀器上顯示傷波波形后無法確定到底是橫波發(fā)現(xiàn)還是縱波發(fā)現(xiàn)的，對傷損的判定及定位產(chǎn)生干擾，如何解決呢？超聲波反射、折射示意圖1、超聲波傾斜入射至異質(zhì)界面的反射2、超聲波傾斜入射時的折射3、臨界角第一臨界角交通強國·鐵路先行在折射過程中，當(dāng)入射角增大時折射角也隨之增大，當(dāng)折射縱波的折射角達(dá)到90°時，稱此時入射縱波的入射角為第一臨界角（右圖），用符號αⅠ表示。對于有機玻璃與鋼的界面，通過折射定律求得αⅠ=27.6°，產(chǎn)生第一臨界角的前提是C1＜C3，當(dāng)入射角大于第一臨界角，第二介質(zhì)中不再有折射縱波。1、超聲波傾斜入射至異質(zhì)界面的反射2、超聲波傾斜入射時的折射3、臨界角第二臨界角交通強國·鐵路先行

在折射過程中，當(dāng)入射角增大時折射角也隨之增大，當(dāng)折射橫波的折射角達(dá)到90°時，稱此時入射縱波的入射角為第二臨界角（下圖），用符號αⅡ表示。對于有機玻璃與鋼的界面，通過折射定律求得αⅡ=57.7°，產(chǎn)生第二臨界角的前提是C1＜C2，當(dāng)入射角大于第二臨界角，第二介質(zhì)中不再有任何波型。1、超聲波傾斜入射至異質(zhì)界面的反射2、超聲波傾斜入射時的折射3、臨界角第二臨界角實際應(yīng)用（1）交通強國·鐵路先行

若第一介質(zhì)中的縱波入射角小于第一臨界角，則第二介質(zhì)中既存在縱波又存在橫波；若第一介質(zhì)中的縱波入射角在第一臨界角和第二臨界角之間，則在第二介質(zhì)中只有橫波。若第一介質(zhì)中的縱波入射角大于第二臨界角，則在第二介質(zhì)內(nèi)部無任何波型。1、超聲波傾斜入射至異質(zhì)界面的反射2、超聲波傾斜入射時的折射3、臨界角

制作斜探頭時，探頭入射角一般選擇27.6°~57.7°之間（第一臨界角和第二臨界角之間），此時鋼中只有橫波，所以斜探頭主要利用橫波探傷。通過驗證分析：在有機玻璃/鋼的異質(zhì)界面，折射橫波聲壓往復(fù)透射率與入射角有關(guān)，當(dāng)入射角為30°，往復(fù)透射率最高（如上圖），通過計算，此時鋼中的橫波折射角為36.3°，可以很好檢測出螺孔斜裂紋（超聲波與裂紋取向良好），通常稱這種探頭為37°探頭或者30°探頭。請思考？交通強國·鐵路先行實際鋼軌探傷過程中，有些地方需要二次波進行探傷作業(yè)，當(dāng)折射橫波在鋼中傳播遇到底面時，便會產(chǎn)生反射橫波和反射縱波，反射出去的兩種波型對探傷的干擾，那該怎么辦呢？1、超聲波傾斜入射至異質(zhì)界面的反射2、超聲波傾斜入射時的折射3、臨界角第三臨界角交通強國·鐵路先行

在反射過程中，隨著入射角的增加，反射角也在增大，當(dāng)反射縱波的反射角達(dá)到90°時，稱此時入射橫波的入射角為第三臨界角（右圖），用αⅢ表示。在鋼中第三臨界角利用反射定律求得：αⅢ=33.2°。1、超聲波傾斜入射至異質(zhì)界面的反射2、超聲波傾斜入射時的折射3、臨界角第三臨界角實際應(yīng)用(1)交通強國·鐵路先行1、超聲波傾斜入射至異質(zhì)界面的反射2、超聲波傾斜入射時的折射3、臨界角S通常稱此斜探頭為70°探頭或50°探頭。第三臨界角實際應(yīng)用(2)交通強國·鐵路先行

通常使斜探頭入射角α為51.7°，通過折射定律計算鋼中橫波折射角β為68.2°，根據(jù)幾何關(guān)系，此時橫波入射角也為68.2°并大于第三臨界角，所以此時鋼中反射出去的二次波里面只