波的反射、透射及衰減

超聲波從一種介質傳播到另一種介質時，在兩種介質的分界面上，一部分能量反射回原介質內，稱為反射波;另一部分能量透過界面在另一種介質內傳播，稱為透射波。在界面上聲能(聲壓、聲強)的分配和傳播方向的變化都將遵循一定的規律。

一. 單一界面的反射和透射

聲能的變化與兩種介質的聲阻抗密切相關，設波從介質1(聲阻抗Z1)入射到介質2(聲阻抗Z2)，有以下幾種情況：

1. Z2 > Z1

聲壓反射率小于透射率。如水/鋼界面。

2. Z1> Z2

聲壓反射率大于透射率。如鋼/水界面。

聲強反射率及透射率只與Z1 、Z2的數值有關，與從哪種介質入射無關。

3. Z1>> Z2

聲壓(聲強)幾乎全反射，透射率趨于0。如鋼/空氣界面。

4. Z1< Z2

此時幾乎全透射，無反射。因此在焊縫探傷中，若母材與填充金屬結合面沒有任何缺陷，是不會產生界面回波的。

二. 薄層界面的反射和透射

此情況主要對探頭保護膜設計具有指導意義。

當超聲波依次從三種介質Z1、 Z2 、Z3(如晶片—保護膜—工件)中穿過，則當薄層厚度等于半波長的整數倍時，通過薄層的聲強透射與薄層的性質無關，即好象不存在薄層一樣;當薄層厚度等于四分之一波長的奇數倍且薄層聲阻抗為其兩側介質聲阻抗幾何平均值 (Z2 = (Z2 Z3)1/2 )時，超聲波全透射

三. 波型轉換和反射、折射定律

當超聲波傾斜入射到界面時，除產生同種類型的反射和折射波外，還會產生不同類型的反射和折射波，這種現象稱為波型轉換。

1. 縱波斜入射

2. 橫波入射

四. 超聲波的衰減

超聲波在介質中傳播時，隨著距離增加，超聲波能量逐漸減弱的現象叫做超聲波衰減。引起超聲波衰減的主要原因是波束擴散、晶粒散射和介質吸收

1. 擴散衰減

超聲波在傳播過程中，由于波束的擴散，使超聲波的能量隨距離增加面逐漸減弱的現象叫做擴散衰減。超聲波的擴散衰減僅取決于波陣面的形狀，與介質的性質無關。

2. 散射衰減

超聲波在介質中傳播時，遇到聲阻抗不同的界面產生散亂反射引起衰減的現象，稱為散射衰減。散射衰減與材質的晶粒密切相關，當材質晶粒粗大時，散射衰減嚴重，被散射的超聲波沿著復雜的路徑傳播到探頭，在屏上引起林狀回波(又叫草波)，使信噪比下降，嚴重時噪聲會湮沒缺陷波。

3. 吸收衰減

超聲波在介質中傳播時，由于介質中質點間內磨擦(即粘滯性)和熱傳導引起超聲波的衰減，稱為吸收衰減或粘滯衰減

通常所說的介質衰減是指吸收衰減與散射衰減，不包括擴散衰減。