(& %(& 0* %"%& 0 "*
%&0 %&0
对于垂直于声传播方向的一单位面积来说，在单位时间内声波由此向前传播一段距离 （数值上等于声速）/，这也就是说在单位时间内使体积为 0 1/的介质具有了声能量，其大小为 (/。根据声强定义，该能量在数值上等于声强 2，所以
2&(/& 0 "/*
下面讨论质点振动速度、声压和声强三者之间的相互关系。设声压振幅为 3’，由
3& )*/"+,-( .) / ) & "/
可得
3’ & "/*
将 ’&*，3’ & "/*代入 2& 0 "/* 中得
2& 0 "/
’
即
•554•
" %’& （( ) )*）
综合分析上述公式知：声强与质点振动位移振幅的平方成正比，与质点振动角频率的平方成正比（ " "+，亦即与质点振动频率的平方成正比），与质点振动速度振幅的平方
因为超声波的频率很高，所以超声波的强度远远大于可闻声波的强度，这是超声
波能应用于检测的前提。 ,-声阻抗从式（( ) )(）的 %" ’.可知，在同一声压 %的情况下 ’越大，质点振动速度
越小；反之， ’越小质点振动速度 越大。所以把 ’称为介质的声阻抗，以符号 /表示。即
/" ’（( ) )0） (-声速超声波在介质中传播的速度称为声速。超声波波型不同，声速也不相同；同时，
声速也取决于介质的密度和弱性模量，因此声速是表征介质声学性质的一个物量。 ）固中的声速（）纵波声速 12。在固体中纵波传播的声速在细棒中（直径尺寸 33波长尺寸的极限情况下），为 124。
124 " 在无限大介质中纵波速度为 12
5 （( ) )6）
12"
5（) %）（( ) )8）
（7 %）（ )%）式中 5为杨氏弹性模量； %为泊松比 " &494）"横向直径相对缩小。
&:9:纵向长度相对伸长
（）横波声速 1;或（ 1<）为
5=
（( ) )>）
1; "
（7 %） " %或中 =为切变弹性模量； 为材料密度。（,）表面波声速 1?为
"@-68 7-%
= （( ) )@）
=? 7 % 由以上公式可以看出：介质弹性性能 5或 =愈大，密度 愈小，超声波在介质中传播速度愈高。 •**•
（）声速比。
由上述公式可以得到
"%
&（’( ） " ’ (&
对固体介质 % )* ++代入上式中得 " &&，因此一般可以认为纵波声速为横波声
"
速的两倍。同理可推导出
" %
)*-./’*’& ", ’/ 钢的 % )* &-，0 0 ",1" %)*2&铝的 % )* +，0 0 ",1" %)*2+因此可以认为表面波声速为横波声速的 )* 2倍。 &）液体、气体介质中的声速由于气体和液体切变弹性模量为 )，因而不能传播横波，只能传播纵波，其纵波速度 "为
"%
3 "（ (’ (’’）
式中 3为介质体积弹性模量。 4*分贝分贝是运用对数的方法来表示变化范围很大的数值比的单位。分贝（56）最早是用来计量声强级的声学单位，它是由比它大 ’)倍的“贝尔”
（678）导出的。在声学中，引起人耳听觉的声波不仅在频率上有一定的范围，而且在强度上也有一定的范围。强度的范围因频率而异，在 ’)))9:时，一般的人听觉范围最高声强为 ’) ( ;1 <=&，最低声强为 ’) (’> ;1<=&，高于此范围将引起痛觉，低于此范围就感受不到。声强数量级相差如此悬殊，但人耳对于声强的感受并不是和声强的数值成比例，而是和声强变化的对数成比例的，因此声强的度量也就采用对数的比较单位。通常规定以人耳感受声音的最低强度 ?) %’) (’> ;1<=&，作为测定声强的标准，然后取 ?与 ?)比值的对数：
%8@ ?
?)式中 称为 ?的声强级，单位为贝尔（ 678），在实际应用中一般贝尔（ 678）单位太大，因而引入了分贝（ 56）为单位，此时声强级公式为
3 % ’)8@ ?
?)
由此可见分贝这一单位的定义是：两声强（或功率）的比值的常用对数值乘以
•44&•
"。分贝这个单位在声学、电学的计量中广泛应用。在声学中，声强 和声压 之间有
% & ’&
的关系，因此声压比用分贝表示时，有
( % &")* &（-. .-&）
（+,）
在超声检测中，检测仪荧光屏上所出现的波高信号与电压信号有关，电压信号又与探头所接收的声压大小有直接关系。当仪器垂直线性良好时，波高比就代表着探头接收到的声压比。所以波高比的分贝数与声压比的分贝数是相同的，有
( % &")* //&（-. .0）
（+,）
三、超声波在异质界面的传播特性
超声波在无限大介质中传播时是一直向前传播并不改变方向的。但遇到异质界面时（即声阻抗不同的两种异质介面）会发生反射和折射现象，即有一部分超声波在界面上反射回第一介质，另一部分透过介质交界面折射进入第二介质。超声波在界面反射折射的能量分别用声强反射率 1和声强透射率 2表示。同时也用声压反射率 1和声压透射率 2来表示超声波传播特性。
3垂直入射超声波垂直入的射界面时产生一个与入射方向相反的反射波，和一个与入身波同方向的透射波。而波型没有改变。当超声波入身到界面上时，如图 -. .-所示。
图 -. .-4垂直入射
•550•
即由声阻抗为 " "%"的介质垂直入射到声阻抗为 & &%&介质的无限大平面界面。用角标 ’，(和 )分别表示入射、反射和透射。在垂直入射时介质两侧声波必须满足两个边界条件： 一侧尽声压等于另一侧总声压。否则界面两侧受力不等，界面会发生
中国航空网 www.aero.cn
航空翻译 www.aviation.cn
本文链接地址：飞机检测与维修实用手册 2(61)
