超声波传输特性及应用探析

超声波在弹性介质中可产生两种形式的传播，即横向振荡和纵向振荡，如图10.2-1所示。

横向振荡只能在固体中产生。而纵向振荡可在固体、液体和气体中产生，为了测量在各种状态下的物理量，多采用纵向振荡。

超声波的传播速度与介质的密度和弹性特性有关。对于液体及气体，其传播速度为

图10.2-1　超声波的传播形式

（a）横向振荡；（b）纵向振荡

式中 ρ——介质密度；

　　 Bg——绝对压缩系数。

对于固体介质，其传播速度为

式中 E——固体的弹性模量；

　　 μ——固体材料的泊松系数。

超声波在通过两种不同介质时，也要产生折射和反射现象。(www.xing528.com)

超声波产生折射和反射的关系为

式中 c1、c2——超声波在两种介质中的速度；

　　 α——入射角；

　　 β——折射角。

当α＝α临界时，β＝90°，则有

α临界为临界入射角，当α＞α临界时，则产生反射波。超声波由液体进入固体的临界角α临界≈15°，则α＞15°时，产生反射。

超声波在通过同种介质时，随着传播距离的增加，其强度因介质吸收能量而减弱。设进入介质时的声强为I0，通过介质后的声强为I且

式中 d——介质厚度；

　　 A——介质对超声波的吸收系数。可见，超声波在同种介质中传播是按指数衰减的，不同的介质，吸收系数A的大小不同。

介质对超声波的吸收程度与超声波频率、介质密度都有很大关系。气体的ρ很小，超声波在其中传播衰减很快，尤其f较高时则衰减很快，故超声波仪表主要用于固体和液体中。