1.7.1 斜入射時界面上的反射、折射和波形轉換

1.超聲波在固體界面上的反射

（1）固體中縱波斜入射于固體-氣體界面 圖1-30中，α_L為縱波入射角，α_L1為縱波反射角，α_S1為橫波反射角，其反射定律可用下列數學式表示

因入射縱波L與反射縱波L₁在同一介質內傳播，故它們的聲速相同，即c_L=c_L1，所以α_L=α_L1。又因同一介質中縱波聲速大于橫波聲速，即c_L1＞c_S1，所以α_L1＞α_S1。

（2）橫波斜入射于固體-氣體界面 圖1-31中，α_S為橫波入射角，α_S1為橫波反射角，α_L1為縱波反射角。由反射定律可知

因入射橫波S與反射橫波S₁在同一介質內傳播，故它們的聲速相同，即c_S=c_S1，所以α_S=α_S1。又因同一介質中c_L1＞c_S1，所以α_L1＞α_S1。

（3）結論 當超聲波在固體中以某角度斜入射于異質面上，同波形的反射角等于入射角，縱波反射角大于橫波反射角，或者說橫波反射聲束總是位于縱波反射聲束與法線之間。圖1-32表示鋼及鋁材中縱波入射時的橫波反射角，也可以看成橫波入射時的縱波反射角。

2.超聲波的折射

（1）縱波斜入射的折射 圖1-33中α_L為第一介質的縱波入射角，β_L為第二介質的縱波折射角，β_S為第二介質的橫波折射角，其折射定律數學式為

在第二介質中，因c_L2＞c_S2，所以sinβ_L＞sinβ_S，β_L＞β_S，橫波折射聲束總是位于縱波折射聲束與法線之間。

（2）橫波斜入射的折射 橫波在固體中斜入射至固/固、固/液界面時，其折射規律同樣符合式（1-38）時，其所示的形式為

由于氣體和液體不能傳播橫波，所以不是任何情況下反射波和折射波都有波形的轉換，這一點要注意。

圖1-34所示為幾種不同情況界面的波形轉換。

圖1-34a中Ⅰ是固體，Ⅱ是液體，縱波入射，在Ⅱ中沒有折射橫波。

圖1-34b中介質情況同圖1-34a，但是橫波入射，在Ⅱ中也只有折射的縱波。

圖1-34c中Ⅰ是液體，Ⅱ是固體，縱波入射在介質Ⅰ中只有反射縱波。

圖1-34d兩種介質都是液體，則反射和折射波都是縱波。

圖1-34e、f兩種介質都是固體，入射波是縱波（見圖1-34e）、橫波（見圖1-34f），在一般情況下反射波和折射波中既有縱波又有橫波。若聲波從固體斜射到空氣界面，則在固體中才存在反射縱波和（或）橫波。