Нормальное падение УЗ волн на границу раздела сред. Коэффициенты отражения и прозрачности

При нормальном падении ультразвуковой волны на границу раздела двух сред часть энергии волны отражается от поверхности раздела, а другая часть проходит сквозь нее. Распределение энергии отраженной и прошедшей волн зависят от механических характеристик граничащих материалов: скоростей волны и плотностей сред. Интенсивность отраженной волны I_отр определяется коэффициентом отражения R=I_отр /I_пад, где I_пад – интенсивность падающей волны. Коэффициент отражения зависит от характеристик сред R=(r₁С₁ – r₂С₂ / r₁С₁+r₂С₂)². Аналогично, интенсивность прошедшей волны I_прош тоже является долей интенсивности падающей волны и величину этой доли можно определить с помощью коэффициента D – коэффициента прозрачности (прохождения) D =I_прош /I_пад. При этом R+ D=1 или R+ D=100%. Как видно из формулы, чем больше разница между акустическими сопротивлениями сред, тем больше коэффициент отражения R и меньше, соответственно, коэффициент прозрачности D. Например, граница сталь-воздух имеет большую разницу удельных акустических сопротивлений (Z _СТАЛИ = 45, Z _ВОЗД = 0,00075) и, как следствие, коэффициент отражения R практически равен 1 (отражается 100% энергии волны), а коэффициент прозрачности соответственно будет равен нулю: D» 0. Поэтому при падении ультразвуковой волны из стали или другого материала на границу с воздухом волна не сможет пройти сквозь нее, а будет полностью отражаться. Для прохождения ультразвуковых колебаний из пьезопреобразователя в контролируемое изделие и обратно необходимо между ними обязательно вводить жидкостную прослойку, которая вытесняет воздух и т. о. исчезает граница воздух-материал. С другой стороны, свойство ультразвуковых волн отражаться от границ сред с различными акустическими характеристиками используется для обнаружения дефектов типа нарушение сплошности: поры, трещины, заполненные газом (R = 1) или шлаковые и другие включения (0 < R < 1).