Коэффициенты отражения и прозрачности

Падение волны на границу раздела называется нормальным, если угол падения равен нулю. В этом случае не происходит видимого преломления луча. Все три волны – падающая, отраженная и преломленная – направлены вдоль прямой, перпендикулярной поверхности. Углы преломления и отражения равны нулю. Трансформации волн при нормальном падении не происходит. Для количественной характеристики амплитуд и интенсивностей отраженных и преломленных волн вводят коэффициенты отражения и прохождения. Коэффициентом отражения R называют отношение амплитуды отраженной волны А_отр к амплитуде падающей А_пад [20]:

R = А_отр./ А_пад. (2.18)

Коэффициентом прохождения (или прозрачности) D называют отношение амплитуды прошедшей волны А_пр к амплитуде падающей:

D = А_пр./ А_пад . (2.19)

Коэффициентом отражения по интенсивности Ř называют отношение интенсивностей отраженной и падающей волн:

Ř = I_отр./ I_пад . (2.20)

Коэффициент прохождения (прозрачности) по интенсивности Ď это отношение интенсивностей прошедшей и падающей волн:

Ď= I_пр./ I_пад . (2.21)

2.3.2. Зависимость коэффициентов отражения
и прохождения от угла падения

Эту зависимость рассмотрим на примере границы оргстекло/сталь. Коэффициенты прохождения продольных D_i и поперечных D_t волн зависят от угла падения продольной волны. При нормальном падении и при малых <10° коэффициент прохождения поперечных волн равен или близок к нулю. Поэтому преобразователи упругих волн, работающие при нулевых (это прямые преобразователи) и малых (раздельно-совмещенные) углах падения используют продольные волны. При значении угла падения, равном первому критическому углу , коэффициенты D_i и D_t близки к нулю. Значительная часть энергии излучения переносится головной волной. Падение волны под первым критическим используют для возбуждения головных волн. При углах падения, которые больше первого критического, продольной преломленной волны нет. В интервале углов < < во второй среде (стали) распространяется только поперечная волна. Этот интервал углов падения, приблизительно от 30° до 55°, используется в преобразователях поперечных волн. Пластина преобразователя возбуждает в призме наклонного преобразователя продольную волну. После преломления и трансформации в объекте контроля распространятся поперечная волна. Поперечная волна исчезает при величине угла падения > . Если угол падения равен или немного превышает второй критический, то возбуждается и распространяется вдоль поверхности поверхностная волна. Углы падения =60°–65° используют для возбуждения поверхностной волны Рэлея.

Рассмотрим теперь падение поперечной волны на границу сталь/воздух. Прошедшими волнами будем пренебрегать вследствие их малой амплитуды в силу сильного различия импедансов стали и воздуха. При значениях угла от >25° коэффициент отражения продольной волны значительно превосходит коэффициент отражения поперечной. Основная часть энергии поперечных волн в этих условиях трансформируется в продольную. Третий критический угол для стали: =33°. При углах падения > отраженная продольная волна пропадает.

Если угол падения поперечной волны превышает третий критический, то наблюдается явление незеркального отражения. Энергия волны переносится на некоторое расстояние s головной волной. Смещение s зависит от угла падения . Это явление выражено тем сильнее, чем ниже частота волны и чем ближе угол падения к третьему критическому. Явление незеркального отражения возникает из-за отклонения свойств упругих волн от законов геометрического отражения.

2.3.3. Зеркальное и диффузное отражение.
Индикатриса рассеяния

Отражение упругих волн следует закону Снеллиуса при условии, что на границу раздела падает плоская волна и шероховатость на границе отсутствует. В таком случае наблюдается зеркальное отражение: параллельный пучок лучей после отражения остается параллельным, и угол падения равен углу отражения, если не происходит трансформации волн (рис. 2.12, а). Если шероховатость поверхности велика и высота неровностей h больше длины волны , то волна отражается диффузно (рис. 2.12, б).

При диффузном отражении интенсивность отраженных волн одинакова по всем направлениям. Направленность излучения от какого-нибудь отражателя характеризуют угловой диаграммой, называемой индикатрисой рассеяния (рис. 2.12, в). Индикатрису рассеяния определяют, измеряя амплитуду поля, рассеянного обратно в направлении излучателя при перемещении последнего по заданной траектории, например поверхности ОК. Точечные отражатели имеют ненаправленную индикатрису рассеяния, а плоскостные – направленную.

Рис. 2.12. Зеркальное, диффузионное рассеяние и индикатриса рассеяния	в