超声检测
03 · 声阻抗与界面：反射、透射和耦合
从正入射边界条件推导反射系数，区分声压幅度、强度和仪器电压。
先记住这三点
- 声阻抗描述什么
- 为何需要耦合剂
- 裂纹为何有时强、有时弱
- 耦合检查
声阻抗描述什么
对相应平面行波，声阻抗 Z=ρc，单位 Pa·s/m。正入射、理想无耗散界面中，声压与质点法向速度满足连续条件。由此声压反射系数 r=(Z₂−Z₁)/(Z₂+Z₁)，声压透射系数 t=2Z₂/(Z₂+Z₁)。
r 可以为负，表示反射声压相位反转；这不代表反射能量为负。强度反射率 R=r²，透射率 T=4Z₁Z₂/(Z₁+Z₂)²，在上述条件下 R+T=1。电压峰值还经过探头和仪器响应，不能直接当作声能。
为何需要耦合剂
空气与金属声阻抗相差很大，表面微小空气隙会显著阻碍声能进入。耦合剂用于排除空气并形成较稳定的传声接触。耦合层厚度、温度、表面粗糙和探头压力都会影响信号。
教学取水约 1.48 MRayl、钢约 46 MRayl，正入射声压反射系数约 0.938，强度反射率约 0.879。这个界面计算忽略探头匹配层和完整系统，不能直接预测仪器屏幕的百分比高度。
裂纹为何有时强、有时弱
张开裂纹内可能为空气，理想界面反差强，但只有合适的入射和接收方向才能收到较强镜面回波。平坦裂面偏离有利方向时，反射可能离开探头；端点仍可能产生较弱衍射。粗糙度和闭合接触也会改变响应。
因此同一裂纹旋转后幅度可以大幅变化。不能把与参考平底孔相同的回波幅度直接解释成相同真实面积，更不能用一个低幅结果排除不利取向的裂纹。
耦合检查
若扫描中底波和所有内部回波同时下降，先检查耦合、表面与探头姿态，再考虑材料变化。用适用参考反射体进行前后校准检查，并保存耦合异常区。提高增益可能恢复显示高度，却不能恢复耦合丢失时没有进入材料的有效信息。
练习：同阻抗界面 Z₂=Z₁ 时，r=0、T=1；Z₂ 趋近零时，r 趋近 −1。这两个极限有助于发现公式符号或系数写错。
来源与延伸阅读
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