(& %(& 0*  %"%& 0 "*
%&0  %&0 
對于垂直于聲傳播方向的一單位面積來說，在單位時間內(nèi)聲波由此向前傳播一段距離 （數(shù)值上等于聲速）/，這也就是說在單位時間內(nèi)使體積為 0 1/的介質(zhì)具有了聲能量，其大小為 (/。根據(jù)聲強定義，該能量在數(shù)值上等于聲強 2，所以
2&(/& 0 "/*
 下面討論質(zhì)點振動速度、聲壓和聲強三者之間的相互關(guān)系。設(shè)聲壓振幅為 3’，由
3& )*/"+,-( .) / ) & "/
可得
3’ & "/*
將 ’&*，3’ & "/*代入 2& 0 "/* 中得
2& 0 "/
’
即
•554•

 
" %’& （( ) )*）
綜合分析上述公式知：聲強與質(zhì)點振動位移振幅的平方成正比，與質(zhì)點振動角頻率的平方成正比（ " "+，亦即與質(zhì)點振動頻率的平方成正比），與質(zhì)點振動速度振幅的平方
因為超聲波的頻率很高，所以超聲波的強度遠遠大于可聞聲波的強度，這是超聲
波能應(yīng)用于檢測的前提。 ,-聲阻抗從式（( ) )(）的 %" ’.可知，在同一聲壓 %的情況下 ’越大，質(zhì)點振動速度
越小；反之， ’越小質(zhì)點振動速度 越大。所以把 ’稱為介質(zhì)的聲阻抗，以符號 /表示。即
/" ’（( ) )0） (-聲速超聲波在介質(zhì)中傳播的速度稱為聲速。超聲波波型不同，聲速也不相同；同時，
聲速也取決于介質(zhì)的密度和弱性模量，因此聲速是表征介質(zhì)聲學(xué)性質(zhì)的一個物量。 ）固中的聲速（）縱波聲速 12。在固體中縱波傳播的聲速在細棒中（直徑尺寸 33波長尺寸的極限情況下），為 124。
124 " 在無限大介質(zhì)中縱波速度為 12
5 （( ) )6）
12"
5（) %）（( ) )8）
（7 %）（ )%）式中 5為楊氏彈性模量； %為泊松比 " &494）"橫向直徑相對縮小。
&:9:縱向長度相對伸長
（）橫波聲速 1;或（ 1<）為

5=
（( ) )>）
1; "
（7 %） " %或中 =為切變彈性模量； 為材料密度。（,）表面波聲速 1?為
"@-68 7-%
= （( ) )@）
=? 7 % 由以上公式可以看出：介質(zhì)彈性性能 5或 =愈大，密度 愈小，超聲波在介質(zhì)中傳播速度愈高。 •**•
 
（）聲速比。
由上述公式可以得到

"%
&（’( ） " ’ (&
對固體介質(zhì)  % )* ++代入上式中得 " &&，因此一般可以認為縱波聲速為橫波聲
"
速的兩倍。同理可推導(dǎo)出
" %
)*-./’*’& ", ’/ 鋼的  % )* &-，0 0 ",1" %)*2&鋁的  % )* +，0 0 ",1" %)*2+因此可以認為表面波聲速為橫波聲速的 )* 2倍。 &）液體、氣體介質(zhì)中的聲速由于氣體和液體切變彈性模量為 )，因而不能傳播橫波，只能傳播縱波，其縱波速度 "為
"%
3 "（ (’ (’’）
式中 3為介質(zhì)體積彈性模量。 4*分貝分貝是運用對數(shù)的方法來表示變化范圍很大的數(shù)值比的單位。分貝（56）最早是用來計量聲強級的聲學(xué)單位，它是由比它大 ’)倍的“貝爾”
（678）導(dǎo)出的。在聲學(xué)中，引起人耳聽覺的聲波不僅在頻率上有一定的范圍，而且在強度上也有一定的范圍。強度的范圍因頻率而異，在 ’)))9:時，一般的人聽覺范圍最高聲強為 ’) ( ;1 <=&，最低聲強為 ’) (’> ;1<=&，高于此范圍將引起痛覺，低于此范圍就感受不到。聲強數(shù)量級相差如此懸殊，但人耳對于聲強的感受并不是和聲強的數(shù)值成比例，而是和聲強變化的對數(shù)成比例的，因此聲強的度量也就采用對數(shù)的比較單位。通常規(guī)定以人耳感受聲音的最低強度 ?) %’) (’> ;1<=&，作為測定聲強的標(biāo)準(zhǔn)，然后取 ?與 ?)比值的對數(shù)：
%8@ ?
?)式中 稱為 ?的聲強級，單位為貝爾（ 678），在實際應(yīng)用中一般貝爾（ 678）單位太大，因而引入了分貝（ 56）為單位，此時聲強級公式為
3 % ’)8@ ?
?)
由此可見分貝這一單位的定義是：兩聲強（或功率）的比值的常用對數(shù)值乘以
•44&•

 
"。分貝這個單位在聲學(xué)、電學(xué)的計量中廣泛應(yīng)用。在聲學(xué)中，聲強 和聲壓 之間有
 % & ’&
的關(guān)系，因此聲壓比用分貝表示時，有
( % &")* &（-. .-&）
（+,）
在超聲檢測中，檢測儀熒光屏上所出現(xiàn)的波高信號與電壓信號有關(guān)，電壓信號又與探頭所接收的聲壓大小有直接關(guān)系。當(dāng)儀器垂直線性良好時，波高比就代表著探頭接收到的聲壓比。所以波高比的分貝數(shù)與聲壓比的分貝數(shù)是相同的，有
( % &")* //&（-. .0）
（+,）
三、超聲波在異質(zhì)界面的傳播特性
超聲波在無限大介質(zhì)中傳播時是一直向前傳播并不改變方向的。但遇到異質(zhì)界面時（即聲阻抗不同的兩種異質(zhì)介面）會發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，即有一部分超聲波在界面上反射回第一介質(zhì)，另一部分透過介質(zhì)交界面折射進入第二介質(zhì)。超聲波在界面反射折射的能量分別用聲強反射率 1和聲強透射率 2表示。同時也用聲壓反射率 1和聲壓透射率 2來表示超聲波傳播特性。
3垂直入射超聲波垂直入的射界面時產(chǎn)生一個與入射方向相反的反射波，和一個與入身波同方向的透射波。而波型沒有改變。當(dāng)超聲波入身到界面上時，如圖 -. .-所示。

圖 -. .-4垂直入射
•550•

 
即由聲阻抗為 "  "%"的介質(zhì)垂直入射到聲阻抗為 &  &%&介質(zhì)的無限大平面界面。用角標(biāo) ’，(和 )分別表示入射、反射和透射。在垂直入射時介質(zhì)兩側(cè)聲波必須滿足兩個邊界條件： 一側(cè)盡聲壓等于另一側(cè)總聲壓。否則界面兩側(cè)受力不等，界面會發(fā)生
　
中國航空網(wǎng) www.k6050.com
航空翻譯 www.aviation.cn
本文鏈接地址：飛機檢測與維修實用手冊 2(61)