波的散射现象：
当波在传播过程中遇到尺度大于波长的不规则障碍物时，向四周反射的现象称为波的散射。
波阵面，波前的概念：
在波的传播过程中，振动相位相同的点连成的曲面称为波阵面（也称为同相面）。波在介质中传播时，某时刻所到达的各点组成的曲面称为波前。波前是特定时刻传播得最远的波阵面。 组成波前的各点正处于即将振动和尚未振动的临界状态，这些点的振动状态相同，相位为零。
惠更斯(Huygens)原理
波阵面上的每一点（面源）都是一个次级子振源，子波的波速与频率不变，此后每一时刻的子波波阵面包络就是该时刻总的波阵面。
惠更斯原理基于叠加理论，是对衍射现象的形象化解释，常用于积分叠加分析和计算。 折射现象的惠更斯(Huygens)解释
衍射现象的惠更斯(Huygens)解释
1. 平行波振面上的点都可以看做次级振源 2. 满足 AB?sinθ=nλ 的方向相互加强 3. 满足 AB?sinθ=（n+0.5）λ 的方向相互抵消
障碍物引起的各种波动现象：
当障碍物的尺寸远大于波长时，有反射、折射。 当障碍物的尺寸与波长相近时，有绕射，散射。
当障碍物的尺寸比波长还小时，能量大部分将绕过障碍物，少部分散射。 如果障碍物为刚体，则将形成一个新波源将声波能
量向四周散射，混凝土中的粗骨料就可看作是声波散射源。 波的衰减现象： 波在介质中传播时，能量被介质吸收耗散而减弱的现象称为波的衰减。 衰减机理： （1）扩散衰减：波向四周传播，单位面积能量通量减小 （2）吸收衰减：频率越高质点速度越大，则介质粘滞性造成的内摩擦越严重，能量耗损越大 （3）散射衰减：频率越高波长越小，则障碍物导致的反射与散射越严重，能量耗损越大。
1.3 波动的类型
根据质点振动方向与波的传播方向的相对关系，可划分三种类型的波： 纵波（P波）： 质点运动方向平行于波的传播方向 传播机制： 质点间的压力与拉力 横波（S波）： 质点运动方向垂直于波的传播方向 传播机制： 质点间的剪切力 表面波（R波）： 介质表层质点作椭圆运动 传播机制： 质点间的表面张力与剪切力
纵波：质点运动方向平行于波的传播方向。 目前超声脉冲技术中广泛应用的是纵波。如：综合法测强、测缺（不密实区、裂缝深度、结合面质量、匀质性、损伤层厚度等）、基桩声波透射法完整性检测，岩土工程单孔或跨孔纵波波速测试等。
横波：质点运动方向垂直于波的传播方向。 目前超声脉冲技术中在岩土工程及需要测试介质结构、声学参数中应用横波，应用面较纵波小。如：岩体石块（芯样）的力学参数测试，岩石、土层单孔横波波速测试（仍为较为困难的课题）。
表面波：当固体介质表面受到交替变化的表面张力作用时，质点作相应的纵横向复合振动。
不同类型的波对传播介质的物理条件要求： ? 纵波 ：固体，液体，气体 ? 横波 ：固体 ? 表面波 ：固体表面
波型转换：斯涅耳定律依然成立 非垂直入射到介质分界面的入射波，不仅产生于入射波类型相同的反射波和折射波，还会产生于入射波不同类型的反射波和折射波。转换类型与介质有关。
1.4 声波与超声波
声波：狭义上，声波是指人耳能够感受到的空气中传播的机械波，广义上，声波泛指介质中传播的机械波。
声波按频率范围划分表：
用于混凝土声波透射法检测的声波频率范围一般为 20KHz～200KHz
2 超声波基本参数
2.1 超声波的基本物理量
超声波的五个基本物理量：
周期 T ： 质点完成一次完整的振动所需的时间； 频率 f ： 单位时间内完成质点振动的次数； 声速 C ： 声波在介质中的传播速度；
波长 λ： 一个周期内声波在介质中的传播距离； 声幅 A：质点振动的最大值（通常为声压的最大值）
基本物理量之间的关系： 周期T、频率f、声速C、波长λ T=1 / f
λ=C×T=C / f
当混凝土的声速一定（被测介质不变）时，声波的 波长与频率（换能器的谐振频率）成反比。
算例：已知混凝土中声波频率 f 为40k Hz ，声波传播速度 c 为4800m/s，试计算声
波波长 λ（单位为厘米）。
解：
超声波在介质中传播可检测到的主要参数：
（1）、声速：超声波传播的速度 （2）、声幅：超声波的波幅 （3）、声频：超声波的频率
2.2 声速
声速：混凝土检测中最常用的参数 介质中声波波速取决于波的类型、介质性质和介质的边界条件。 ① 波的类型：不同类型的波在介质中的传播机理不同，导致了传播速度的差异。 ② 介质性质：主要取决于密度、弹性模量、泊松比。这是影响波速的内在因素，介质的弹性特征愈强（E 或 G 愈大），则波速愈高。 ③ 边界条件：固体介质垂直于波传播方向的横向尺寸与波长的比值越大，传播速度越快。
纵波波速：
① 在无限大固体介质中传播的纵波声速
式中 E——介质弹性模量；μ——介质泊松比；ρ——介质密度。 ② 在薄板(板厚远小于波长)中纵波声速
③ 在细长杆(横向尺寸远小于波长)中纵波波速
由以下公式推导可知：
这里揭示了声波的尺寸效应，界面的约束性 在无限大固体介质中传播的横波波速
在无限大固体介质中传播的表面波波速
对于混凝土，取μ=0.20～0.30
则：vR≈0.9vS，vP3 =（1.81～2.08）vR 所以有：vP3 ＞ vS ＞ vR
部分材料的弹性参数与声速值的关系表：
2.3 声幅
声幅可以是表征质点振动状态的任意物理量的幅度 例如：可以是质点位移、速度的变化幅度， 可以是质点加速度、质点受力的变化幅度 。 基于压电晶体的传感器，将声压转换为压电晶体的电荷值，声压本质上反映质点振动时相邻质点间的作用力。 岩土领域超声波检测中，关注相对变化，关注这种变化与介质性质的关系，通常不关心用什么物理量来表达声幅，也不关心声幅的绝对值，实际应用中采用声功率（声压平方）的相对变化表达声幅。
声幅（d B）：纯计数单位，没有量纲
声波在介质中传播时其声幅随传播距离的增加而逐渐减小的现象为衰减。 声波的衰减与声波的频率及传播距离有关，也与被检测材料的内部结构及性能有关。 通
超声波检测基本知识
