超聲波液位計自動校正液位的探討  十

2.4 超聲波在界面處的反射和折射

平面超聲波，從無限大的、特征聲阻抗率 Z1 的媒質1 傳播到相鄰的無限大的、特征聲阻抗率Z2 的媒介2 時，在兩媒介的平面分界面上，一部分超聲波被反射回媒質1，另一部分被折射到相鄰的媒介2 中，入射角θ1、反射角θ2 和聲速c1、c2 滿足折射定律.

當一個超聲波垂直入射在阻抗相差很大的兩種媒介的分界面上時，聲強反射系數接近等于1，入射波與反射波反向傳播，幅值相等，因而會形成駐波超聲場：在剛性的壁上產生振動節點，在柔性面上產生振動腹點。超聲波反射的駐波聲場的理論是超聲換能器的設計理論依據之一。

在聲阻抗率為Z1 的媒介1 和聲阻抗率為Z3 的媒介3 之間插入厚度為d、聲阻抗率Z2 的媒介2，形成多重界面，，超聲波從媒介1 垂直入射到分界面12 和23，在媒介2 內會出現多重反射和透射。

此時，插入媒介中的超聲波滿足駐波聲場節點條件。入射到分界面12 上超聲波被最大程度的反射回去，可以看作是聲波在無限大的媒介分界面上的反射。超聲波在多重媒介分界面上的反射和透射理論，是設計超聲反射層和透射層的理論依據。

2.5 超聲波的衰減問題

2.5.1 超聲衰減的因素

聲波在介質中傳播時，能量的衰減(損失)，決定于聲波的擴散、散射(或漫射)及吸收。超聲波在彈性介質中傳播時，其能量的衰減產生原因可以分為寫個方面：(1)由于波前的擴散而產生的能量損失；(2)超聲波在介質中的散射而產生的能量損失，即散射衰減；(3)由于介質內耗所產生的吸收衰減．

(1) 聲波的擴散

在理想的介質中，聲波的衰減僅來自于聲波的擴散。所謂擴散衰減就是聲波隨著傳播距離的增加，在單位面積內聲能的減弱。在探測中，由于所用的探頭的直徑及頻率的不同，超聲波束的擴散也不同。

(2) 聲波的散射(漫散或散亂)所謂散射(漫散或散亂)衰減，就是聲波在各向異性的金屬結晶組織的不均勻性，或在晶粒粗大的界面上散射，使超聲能量衰減。聲波的散射，主要是在粗大晶粒(與波長相比)的界面上產生由于晶粒排列不規則，聲波在傾斜的界面上將發生反射及折射并同時變換波型，透過去的聲波在第二個品界面上又發生反射及折射這樣聲波能量逐漸衰減。當晶粒與波長的比值為1/100-1/10 時，散射很小可以忽略，當比值大于1/10 時，散射逐漸增大，以致不能探測。

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