1.4.3 惠更斯原理

1.波動

如前所述，波動是振動狀態和能量的傳播，如果介質是連續的，那么介質中任何質點的振動都將引起鄰近質點的振動，而鄰近質點的振動又會引起較遠質點的振動，因此波動中任何質點都可以看作是新的波源，在其后任意時刻，這些子波的包絡就形成了新的波陣面，這就是惠更斯原理。

在超聲波檢測中，探頭的晶片尺寸都是有限的平面，根據惠更斯原理，一個平面波源可以看成是由很多個頻率相同的點狀波源組成的，每一個點狀波源都產生一個球面波，而各個球面波在同一時刻的波振面疊加在一起形成的包絡即為該平面的波振面。

在超聲波檢測中，將探頭放置在工件表面時，超聲波在介質中傳播，介質中的質點在平衡位置附近振動，就像缸體活塞運動一樣，因此這種波被稱作活塞波。超聲波的傳播類似于圖1-17所示活塞波，超聲波的主要能量集中在白色虛線間。超聲波檢測中常用的超聲波主要是以這種活塞波為主。

2.波的衍射（繞射）

波在傳播過程中遇到與波長相當的障礙物時，能繞過障礙物邊緣改變方向繼續前進的現象，稱為波的衍射或波的繞射。

如圖1-18所示，超聲波在介質中傳播時，若遇到缺陷AB，據惠更斯原理，缺陷邊緣A、B可以看作是發射子波的波源，使波的傳播方向改變，從而使缺陷背后的聲影縮小，反射波降低。

波的繞射和障礙物尺寸D_f及波長λ的相對大小有關。當D_f?λ時，波的繞射強，反射弱，缺陷回波很低，容易漏檢。超聲波檢測靈敏度約為λ/2，這是一個重要原因。當D_f?λ時，反射強，繞射弱，聲波幾乎全反射。

波的繞射對檢測既有利又不利。由于波的繞射，使超聲波產生晶粒繞射順利地在介質中傳播，這對檢測是有利的，但同時由于波的繞射，使一些小缺陷回波顯著下降，以致造成漏檢，這對檢測不利。

如圖1-19所示，點波源S₁、S₂在M點引起的振動為

y₁=A₁cosω（t-x₁/c）

y₂=A₂cosω（t-x₂/c）

質點M的合振動為

式中 A₁、A₂——S₁、S₂在M點引起的振幅；

A——M點的合振幅；

λ——波長；

δ——波程差，δ=x₂-x₁。

由上可知：

1）當δ=nλ（n為整數）時，A=A₁+A₂。這說明當兩相干波的波程差等于波長的整數倍時，二者互相加強，合振幅達最大值。

2）當δ=（2n+1）λ/2（n為整數）時，A=|A₁-A₂|。這說明當兩相干波的波程差等于半波長的奇數倍時，二者互相抵消，合振幅達最小值。若A₁=A₂，則A=0，即二者完全抵消。