超聲波的波動特性(xing)主(zhu)要有(you)以下幾點：

 1. 惠更斯原理(li)

  波(bo)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)振動導致波(bo)動，波(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)播要(yao)靠(kao)質(zhi)點間力的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用。假(jia)設傳(chuan)播媒介(jie)是連(lian)續的(de)(de)(de)(de)(de)，那么(me)一(yi)(yi)點的(de)(de)(de)(de)(de)振動都會擾動周邊(bian)各個(ge)點，因此在(zai)波(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)播過程中任一(yi)(yi)振動點都被視為新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)源(yuan)。荷蘭物理學家(jia)克里(li)斯(si)(si)(si)蒂安·惠(hui)更斯(si)(si)(si)于1690年提(ti)出(chu)這一(yi)(yi)理論，總結為：介(jie)質(zhi)中波(bo)動傳(chuan)播到的(de)(de)(de)(de)(de)各點都可以看(kan)作(zuo)發射子(zi)波(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)源(yuan)，在(zai)其后的(de)(de)(de)(de)(de)任一(yi)(yi)時(shi)刻，這些子(zi)波(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)包跡就決(jue)定了新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)陣(zhen)面(mian)。基于惠(hui)更斯(si)(si)(si)原(yuan)理，只需(xu)某(mou)一(yi)(yi)時(shi)刻的(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)陣(zhen)面(mian)，就可以推算出(chu)波(bo)前的(de)(de)(de)(de)(de)幾何形狀以及(ji)波(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)播方向(xiang)。如圖 2-7為惠(hui)更斯(si)(si)(si)原(yuan)理示意圖。

 2. 波的衍(yan)射(she)

  衍射是指波繞過(guo)(guo)障(zhang)(zhang)礙(ai)物(wu)的(de)(de)(de)邊(bian)緣面(mian)而繼續(xu)向前傳(chuan)播(bo)的(de)(de)(de)現象(xiang)，如(ru)圖(tu)(tu)2-8所(suo)示(shi)。在波的(de)(de)(de)傳(chuan)播(bo)過(guo)(guo)程中，當(dang)碰(peng)到與自身波長長度近似的(de)(de)(de)障(zhang)(zhang)礙(ai)時，能繞過(guo)(guo)其邊(bian)緣，改變方向繼續(xu)前進(jin)，所(suo)以又(you)稱波的(de)(de)(de)繞射。圖(tu)(tu)所(suo)示(shi)為水面(mian)上波遇(yu)到小孔徑障(zhang)(zhang)礙(ai)時的(de)(de)(de)衍射現象(xiang)示(shi)意圖(tu)(tu)。

  波(bo)(bo)(bo)的(de)(de)(de)衍射(she)(she)與小(xiao)(xiao)孔尺(chi)寸、波(bo)(bo)(bo)長大(da)小(xiao)(xiao)有關(guan)，當小(xiao)(xiao)孔的(de)(de)(de)尺(chi)寸大(da)于(yu)波(bo)(bo)(bo)長時(shi)(shi)(shi)，反射(she)(she)強(qiang)，認為近(jin)乎(hu)全反射(she)(she)。在(zai)波(bo)(bo)(bo)長大(da)于(yu)小(xiao)(xiao)孔尺(chi)寸時(shi)(shi)(shi)，衍射(she)(she)效(xiao)果清晰。在(zai)超聲探(tan)傷(shang)中(zhong)，如果缺陷尺(chi)寸過于(yu)微小(xiao)(xiao)，遠低于(yu)波(bo)(bo)(bo)長，就會(hui)因為衍射(she)(she)導(dao)致反射(she)(she)回波(bo)(bo)(bo)強(qiang)度(du)較(jiao)弱(ruo)，缺陷回波(bo)(bo)(bo)很低的(de)(de)(de)情(qing)況(kuang)，出現漏(lou)(lou)檢(jian)。因此通常認為超聲波(bo)(bo)(bo)探(tan)傷(shang)的(de)(de)(de)靈敏(min)度(du)大(da)概(gai)為介質(zhi)中(zhong)聲波(bo)(bo)(bo)波(bo)(bo)(bo)長的(de)(de)(de)1/2。波(bo)(bo)(bo)的(de)(de)(de)衍射(she)(she)對(dui)超聲探(tan)傷(shang)而言，既有利(li)又有弊(bi)。由于(yu)波(bo)(bo)(bo)的(de)(de)(de)衍射(she)(she)，使超聲波(bo)(bo)(bo)能夠(gou)繞過晶粒繼續在(zai)介質(zhi)中(zhong)前進，是(shi)有利(li)于(yu)檢(jian)測(ce)(ce)的(de)(de)(de)，但同(tong)時(shi)(shi)(shi)由于(yu)衍射(she)(she)，使得些小(xiao)(xiao)缺陷回波(bo)(bo)(bo)不(bu)夠(gou)明顯，進而導(dao)致漏(lou)(lou)檢(jian)，是(shi)不(bu)利(li)于(yu)檢(jian)測(ce)(ce)的(de)(de)(de)。

 3. 波的疊加(jia)

  當多(duo)個(ge)波在(zai)同一介質中(zhong)(zhong)某處(chu)(chu)相(xiang)遇(yu)時，此處(chu)(chu)的(de)質點振動(dong)情況是(shi)由這(zhe)些(xie)波的(de)相(xiang)互疊加，該質點位移是(shi)這(zhe)些(xie)波位移的(de)矢(shi)量和。而這(zhe)些(xie)波過后，繼續保持(chi)自身頻(pin)率、幅(fu)值(zhi)、波長、傳(chuan)播(bo)方向(xiang)等(deng)性(xing)質繼續前進，這(zhe)就是(shi)波的(de)疊加性(xing)，又稱(cheng)波的(de)獨(du)立性(xing)原(yuan)理。比較常見(jian)的(de)一種是(shi)向(xiang)水(shui)中(zhong)(zhong)投入兩(liang)個(ge)或以上石(shi)(shi)子，就可以看(kan)到以石(shi)(shi)子為中(zhong)(zhong)心(xin)產(chan)生的(de)圓形水(shui)波在(zai)相(xiang)遇(yu)處(chu)(chu)疊加，相(xiang)遇(yu)后仍按(an)原(yuan)來傳(chuan)播(bo)方向(xiang)保持(chi)原(yuan)來特性(xing)繼續傳(chuan)播(bo)。

 4. 波的(de)干涉

  多(duo)列波(bo)(bo)(bo)(bo)相(xiang)(xiang)遇(yu)(yu)在空間中某處時，其(qi)疊加的(de)(de)(de)(de)(de)情形(xing)(xing)是(shi)較為復(fu)雜的(de)(de)(de)(de)(de)，可以合成多(duo)波(bo)(bo)(bo)(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)干(gan)涉(she)種形(xing)(xing)式的(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)(bo)(bo)(bo)動(dong)(dong)。最簡單的(de)(de)(de)(de)(de)一種疊加就是(shi)兩列頻(pin)率(lv)(lv)相(xiang)(xiang)同(tong)(tong)(tong)，振(zhen)動(dong)(dong)方(fang)向(xiang)相(xiang)(xiang)同(tong)(tong)(tong)，相(xiang)(xiang)位(wei)差恒定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)(bo)(bo)(bo)相(xiang)(xiang)遇(yu)(yu)時，介(jie)質中部分(fen)位(wei)置(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)相(xiang)(xiang)互加強(qiang)，而另一部分(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)相(xiang)(xiang)互減(jian)弱甚至(zhi)歸零的(de)(de)(de)(de)(de)現象叫作波(bo)(bo)(bo)(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)干(gan)涉(she)。相(xiang)(xiang)干(gan)條件是(shi)同(tong)(tong)(tong)頻(pin)率(lv)(lv)、同(tong)(tong)(tong)振(zhen)動(dong)(dong)方(fang)向(xiang)、恒定(ding)相(xiang)(xiang)位(wei)差，對(dui)應的(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)(bo)(bo)(bo)稱為相(xiang)(xiang)干(gan)波(bo)(bo)(bo)(bo)，對(dui)應的(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)(bo)(bo)(bo)源(yuan)稱為相(xiang)(xiang)干(gan)波(bo)(bo)(bo)(bo)源(yuan)。

 5. 駐波

  駐(zhu)波(bo)(bo)(bo)(bo)是干涉(she)現象的(de)(de)(de)(de)(de)特(te)例。在(zai)振(zhen)(zhen)幅相(xiang)(xiang)(xiang)同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)情況下，兩列相(xiang)(xiang)(xiang)干波(bo)(bo)(bo)(bo)在(zai)同(tong)一直(zhi)線上(shang)反向(xiang)移動疊加后(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)(bo)(bo)(bo)，稱駐(zhu)波(bo)(bo)(bo)(bo)。駐(zhu)波(bo)(bo)(bo)(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)(bo)(bo)(bo)腹和波(bo)(bo)(bo)(bo)節位(wei)置總是固定不(bu)(bu)變(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)，其相(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)也不(bu)(bu)隨位(wei)置變(bian)化(hua)故駐(zhu)波(bo)(bo)(bo)(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)(bo)(bo)(bo)形是強弱(ruo)相(xiang)(xiang)(xiang)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)，并且不(bu)(bu)會隨著時(shi)間(jian)變(bian)化(hua)，似乎永駐(zhu)不(bu)(bu)動，由此得名駐(zhu)波(bo)(bo)(bo)(bo)。駐(zhu)波(bo)(bo)(bo)(bo)中相(xiang)(xiang)(xiang)鄰波(bo)(bo)(bo)(bo)腹或(huo)波(bo)(bo)(bo)(bo)節的(de)(de)(de)(de)(de)距離為(wei)λ/2，相(xiang)(xiang)(xiang)鄰波(bo)(bo)(bo)(bo)敗與(yu)波(bo)(bo)(bo)(bo)節的(de)(de)(de)(de)(de)距離為(wei)λ/4。當待(dai)測(ce)件厚(hou)度為(wei)超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)長的(de)(de)(de)(de)(de)1/2或(huo)整數倍時(shi)，入射(she)波(bo)(bo)(bo)(bo)與(yu)底面反射(she)波(bo)(bo)(bo)(bo)同(tong)相(xiang)(xiang)(xiang)，待(dai)測(ce)件內就會產(chan)生駐(zhu)波(bo)(bo)(bo)(bo)，引起共振(zhen)(zhen)。基于(yu)駐(zhu)波(bo)(bo)(bo)(bo)現象，研究人員設計了共振(zhen)(zhen)式超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)測(ce)厚(hou)儀，利用(yong)測(ce)得的(de)(de)(de)(de)(de)共振(zhen)(zhen)頻率來檢測(ce)各(ge)類材料的(de)(de)(de)(de)(de)厚(hou)度。