超声波液位计自动校正液位的探讨  十

2.4 超声波在界面处的反射和折射

平面超声波，从无限大的、特征声阻抗率 Z1 的媒质1 传播到相邻的无限大的、特征声阻抗率Z2 的媒介2 时，在两媒介的平面分界面上，一部分超声波被反射回媒质1，另一部分被折射到相邻的媒介2 中，入射角θ1、反射角θ2 和声速c1、c2 满足折射定律.

当一个超声波垂直入射在阻抗相差很大的两种媒介的分界面上时，声强反射系数接近等于1，入射波与反射波反向传播，幅值相等，因而会形成驻波超声场：在刚性的壁上产生振动节点，在柔性面上产生振动腹点。超声波反射的驻波声场的理论是超声换能器的设计理论依据之一。

在声阻抗率为Z1 的媒介1 和声阻抗率为Z3 的媒介3 之间插入厚度为d、声阻抗率Z2 的媒介2，形成多重界面，，超声波从媒介1 垂直入射到分界面12 和23，在媒介2 内会出现多重反射和透射。

此时，插入媒介中的超声波满足驻波声场节点条件。入射到分界面12 上超声波被最大程度的反射回去，可以看作是声波在无限大的媒介分界面上的反射。超声波在多重媒介分界面上的反射和透射理论，是设计超声反射层和透射层的理论依据。

2.5 超声波的衰减问题

2.5.1 超声衰减的因素

声波在介质中传播时，能量的衰减(损失)，决定于声波的扩散、散射(或漫射)及吸收。超声波在弹性介质中传播时，其能量的衰减产生原因可以分为写个方面：(1)由于波前的扩散而产生的能量损失；(2)超声波在介质中的散射而产生的能量损失，即散射衰减；(3)由于介质内耗所产生的吸收衰减．

(1) 声波的扩散

在理想的介质中，声波的衰减仅来自于声波的扩散。所谓扩散衰减就是声波随着传播距离的增加，在单位面积内声能的减弱。在探测中，由于所用的探头的直径及频率的不同，超声波束的扩散也不同。

(2) 声波的散射(漫散或散乱)所谓散射(漫散或散乱)衰减，就是声波在各向异性的金属结晶组织的不均匀性，或在晶粒粗大的界面上散射，使超声能量衰减。声波的散射，主要是在粗大晶粒(与波长相比)的界面上产生由于晶粒排列不规则，声波在倾斜的界面上将发生反射及折射并同时变换波型，透过去的声波在第二个品界面上又发生反射及折射这样声波能量逐渐衰减。当晶粒与波长的比值为1/100-1/10 时，散射很小可以忽略，当比值大于1/10 时，散射逐渐增大，以致不能探测。

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