굴절, Refraction, 스넬의 법칙, snell's law

굴절 (Refraction)

굴절은 반사 인터페이스에서 전송된 음파 방향의 변화입니다. 빔이 구부러지고 있습니다. 이것은 초음파 시스템의 작동 원리 중 하나인 소리가 모든 인터페이스에서 직선으로 이동하기 때문에 좋지 않습니다. 따라서 굴절은 인공물의 원인이 되며 가능하면 피해야 합니다. 굴절이 발생하려면 두 가지 기준이 충족되어야 합니다. ①경사 입사 ②인터페이스의 속도 변화입니다. 따라서 굴절을 피하는 가장 간단한 실용적인 방법은 수직 입사각에서 스캔하는 것입니다. 불행히도 이것이 항상 가능한 것은 아니지만 초음파 검사자는 최소한 반사 인터페이스에 수직이 되도록 노력해야 합니다. '적을 알라'는 옛말이 있다.

굴절이 발생하는 이유

굴절을 피하려면 굴절이 발생하는 이유를 이해하는 것이 좋습니다. 빔의 주파수는 일정하기 때문에 사운드 빔이 경계면을 통과할 때 두 번째 매질에서 새로운 음속을 수용하기 위해 파장이 변경될 수 있습니다. "파동 방정식"을 기억하십시오. 파장은 전파 속도에 정비례합니다. 두 번째 매질의 속도가 첫 번째 매체의 속도보다 느린 경우 두 번째 매질의 파장은 첫 번째 매질의 파장보다 짧습니다. 두 번째 매질의 파장은 두 번째 매질의 느린 전파 속도 때문에 첫 번째 매질보다 짧습니다. 파장은 두 번째 매질의 느린 속도로 인해 짧아집니다. 그러나 빔이 수직이 아니므로 파면의 일부가 먼저 인터페이스를 가로지릅니다.  파면의 일부는 느린 매질을 만나면서 느려지는 반면, 매질 1에 남아 있는 파면 부분은 원래 속도로 계속됩니다. 이로 인해 파면이 인터페이스를 통과할 때 방향이 변경됩니다. 빔이 굴절됩니다. 굴절의 중요한 각도는 입사각과 투과각입니다. 투과각이 입사각과 같지 않으면 굴절이 발생한 것입니다. 이것은 입사각이 비스듬하고 인터페이스 전체에 속도 변화가 있는 경우에만 발생할 수 있습니다. 몇 세기 전에 Wilebrord Snell이라는 사람이 굴절을 연구하고 각도의 변화가 속도의 변화에 ​​비례한다는 것을 알아냈습니다. 그는 빛으로 작업했지만 동일한 원리가 소리에 적용됩니다. 그것은 스넬의 법칙으로 알려져 있습니다. *파동방정식: 파장(wavelength)=소리의 속도(speed of sound)/주파수(frequency)

Snell's law (스넬의 법칙)

*스넬의 법칙(snell's law) = 입사각(angle of incidence) / 전송각(angle of transmission) = 매체의 음속 1(speed of sound in medium 1) / 매체의 음속 2 (speed of sound in medium 2)* 이것은 특히 전송 각도를 풀기 위해 방정식을 재작업할 때 유용한 공식입니다. *전송각(angle of transmission) = 입사각(angle of incidence) × 매질 2 속도(speed of sound in medium 2)/ 매질 1 속도 (speed of sound in medium 1)* 이것으로부터 우리는 전송 각도가 인터페이스를 가로지르는 속도 변화에 비례한다는 것을 알 수 있습니다. 매체 2의 속도가 더 빠르면 투과각이 입사각보다 비례적으로 커집니다. 매체 2의 속도가 더 느리면 투과각은 입사각보다 비례적으로 작아집니다. 물론 속도의 변화가 없다면 투과각이 입사각과 같을 것이기 때문에 굴절이 일어나지 않을 것입니다. 투과각이 입사각보다 크므로 두 번째 매질의 전파 속도는 첫 번째 매체의 속도보다 빨라야 합니다. 투과각이 입사각보다 작으면, 이는 두 번째 매체의 전파 속도가 첫 번째 매체의 전파 속도보다 느려야 함을 의미합니다. 예시 <예 1> : 입사각이 20도, 매질 1의 음속은 1,000m/s, 매질 2의 음속은 2,000입니다. 전송 각도는 무엇입니까? 투과각은 40도(20도 x(2,000 m/s ÷ 1,000 m/s)입니다. c2는 c1보다 2배 더 빠르므로 투과각은 입사각보다 2배 더 큽니다.<예 2> : 입사각이 10도이고 매질 1의 음속은 2,000m/s이고 매질 2의 음속은 1,000m/s입니다. 전송 각도는 무엇입니까? 전송 각도는 5도(10도 x 1,000m/s ÷ 2,000m/s)입니다. c2는 c1보다 2배 작으므로 투과각은 2배만큼 입사각보다 작습니다.