11.) Механизм затухания волн в различных средах. Поглощение и рассеяние волн.

Для акустического контроля важное значение имеет такая характеристика cреды как акустический импеданс (комплексное сопротивление). Этот параметр определяется отношением акустического давления к колебательной скорости в упругой волне. В случае рассмотрения безграничной cреды, где потери УЗ- энергии несущественны, акустический импеданс является действительной величиной и определяется выражением

(1.39)

Величину z называют характеристическим импедансом или волновым сопротивлением cреды, и она определяет условия отражения и преломления волн на ее границе. При нормальном падении плоской волны на плоскую границу раздела двух сред коэффициент отражения определяется только отношением волновых сопротивлений этих сред.

Ранее рассматривались идеальные вещества, в которых звуковое давление ослаблялось только в результате распространения волны. В таком случае в плоской волне звуковое давление вообще не должно было бы снижаться на ее пути, а в сферической волне, как и в звуковом луче от преобразователя в дальнем поле, оно уменьшалось бы только обратно пропорционально расстоянию от источника. Однако все естественные материалы оказывают более или менее сильное влияние, дополнительно ослабляющее звук. Распространение акустических волн в реальных средах сопровождается ослаблением или затуханием волн, т.е. уменьшением амплитуды и, следовательно, интенсивности волны по мере ее распространения. Затухание звука является важным свойством сред и обусловлено рядом причин. Основными из них являются: убывание амплитуды волны с расстоянием от источника из-за геометрического расхождения волн; рассеяние на неоднородностях cреды, в результате чего уменьшается поток энергии в первоначальном направлении; необратимый переход энергии волны в другие формы, в частности в тепло, т.е. поглощение звука.

Рассеяние обусловливается тем, что материал не является строго однородным. В нем имеются граничные поверхности, на которых звуковое сопротивление внезапно изменяется, поскольку там соприкасаются по сути два вещества с различной плотностью или скоростью звука. Такими неоднородностями могут быть, во-первых, просто посторонние включения, например не­металлические включения в поковках или поры. Во-вторых, ими могут быть собственно дефекты материала — естественные или намеренно полученные, как пористость в материалах, изготовленных методами порошковой металлургии.

Поглощение — представляет собой непосредственное преобразование звуковой энергии в тепло, что может быть обусловлено многочисленными различными процессами, рассмотрение которых здесь невозможно. Наглядно можно представить их как своего рода торможение колебаний частиц, вследствие чего понятно, что при быстрых колебаниях должно теряться больше энергии, чем при медленных. Поэтому поглощение, как правило, усиливается пропорционально частоте, т. е. много медленнее, чем рассеяние. В чистых газах и жидкостях рассеяние отсутствует и затухание определяется только поглощением. При этом коэффициент поглощения пропорционален квадрату частоты. Поэтому поглощение звука в газах и жидкостях характеризуют величиной . Эта величина, как правило, в жидкостях меньше, чем в газах, а в твердых телах меньше, чем в жидкостях.

Оба вида потерь затрудняют контроль материалов, но по-разному. Чистое поглощение ослабляет прошедшую энергию или отражение (эхо) от дефекта и от задней стенки. Для ком­пенсации этого можно применить повышенную мощность излучения и увеличить усиление, а также воспользоваться меньшим поглощением при работе с низкими частотами.