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超声波的斯涅尔折射定律

1940
  • Willebrord Snellius
Ultrasonic testing setup for weld inspection in manufacturing using Snell's Law.

(图片仅供参考)

当一个 超声波 当波以一定角度入射到两种不同介质的界面时,会发生折射,即改变传播方向。这遵循斯涅尔定律,该定律将入射角和折射角与两种介质中的波速联系起来:[latex]frac{sintheta_1}{c_1} = frac{sintheta_2}{c_2}[/latex]。这一原理是斜射波检测的基础,斜射波检测用于检测焊缝等无法从正上方直接接触的部件。

斯涅尔定律是波动物理学的基石,最初是为光波提出的,但同样适用于声波。在超声波检测中,当无法进行正面检测时,斯涅尔定律对于设计检测方案至关重要。这种情况在焊缝检测中最为常见,因为焊缝盖阻碍了换能器直接放置在焊缝上。因此,通常使用斜入射换能器,它由安装在塑料楔块上的压电元件组成。

公式 [latex]frac{sintheta_1}{c_1} = frac{sintheta_2}{c_2}[/latex] 描述了声波的行为,其中 [latex]theta_1[/latex] 是声波在第一种介质(楔形体)中的入射角,[latex]c_1[/latex] 是声波在楔形体中的声速,[latex]theta_2[/latex] 是声波在第二种介质(例如,试件,钢材)中的折射角,[latex]c_2[/latex] 是声波在试件中的声速。通过仔细选择楔形体的角度和材料,检测人员可以在试件内以精确所需的角度产生横波或纵波,从而有效地检测焊缝区域。

模式转换是其中的关键环节。当纵波以一定角度入射到界面时,会产生折射纵波和折射横波,根据斯涅尔定律(因为横波和纵波的传播速度不同),二者入射角度各不相同。技术人员通常使用产生的横波,因为其波长较短,对微小缺陷的检测灵敏度更高。

UNESCO Nomenclature: 3301
- 声学

类型

物理原理

中断

基础

用法

广泛使用

前体

  • 威勒布罗德·斯内利乌斯在17世纪关于光学折射的原创著作
  • 惠更斯原理解释了波的传播和波前
  • 声音表现为波并通过固体传播的理解
  • 用于工业检测的斜光束传感器和楔块的开发

应用程序

  • 制造和建筑中的角梁焊缝检测
  • 复杂形状工业部件的浸没测试
  • 超声波换能器斜楔的设计
  • 医学相阵超声中的波束控制
  • 地球物理学中的地震波分析用于了解地球的各层结构

专利:

NA

潜在创新理念

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相关领域:斯涅尔定律、折射、超声波检测、斜射束、模式转换、剪切波、无损检测、焊缝检测、波传播、声学。

历史背景

超声波的斯涅尔折射定律

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1945-01-01

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

相关发明、创新和技术原理

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