제 2 장 음파의 기본 원리

 
4-2-2    파형변환 (ModeConversion)
음파는 빛과는 달리 매질내에서 진행하면서 파형이 달라지는 진행특성이 있다. 음파가 매질내를 통과하다가 연속적으로 진행되지 않는 지점에서는 파형변환이 일어날 수 있다. 대표적인 경우는 그림에서와 같이 초음파가 물에서 철판으로   입사하는 경우를 살펴보면 물속에서는 종파만이 진행할수 있으므로 종파가 입사하게 되지만 고체인 철판에서는 종파는 물론 횡파도 존재할수 있으므로 입사각에 따라서는 철판내에 종파및 횡파가 존재할수 있다. 즉 종파가 입사하였다 하더라도 다른 파형도 존재할수 있기 때문에, 파의 형태가 달라지는 파형변환이 일어나게  된다.
그림에서 보면 굴절종파의 굴절각이 굴절횡파에 비해 크게 나타난 것은 철판에서의 종파의 속도가 횡파의 속도에 비하여 크기 때문으로 스넬의 법칙에 적용하면 쉽게 알 수 있다.


종파의 파형변환


또다른 형태의 파형변환의 대표적인 경우는 탐촉자에서 발생한 초음파가 분산되어 진행할 때 초음파의 연속적인 진행이 방해되는 곳에서 다음 그림과  같이 파의 형태가 달라질수 있다.


빔의 분산에 의한 파형변환


그림은 재질내에서 음파가 분산되어 진행하다가 시험체의 경계면에서 발생되는 파형변환을 나타내고 있는데 파형변환이 일어나는 임의의 지점에서 살펴보면 동일파 즉 종파에서 종파로 그대로 진행한 경우는 이미 앞에서 설명한 바와같이 입사각과 반사각이 동일하므로 일정한 각도(입사각과 동일각도)로 반사하고 있음을 알수있으나 종파에서 파형변환을 일으켜 횡파로 진행되는 경우는 반사각이 입사각의 ½정도로 나타나 있는데 이는 횡파의 속도가 입사한 종파속도의 약 50%정도이기 때문이다.
즉 빔의 분산에 의한 파형변환은 길이가 긴 고체시험체 내에서 일어나기 쉬운데 이는 종파로 진행되면 음파가 시험체의 한쪽면에 경사지게 부딪혀 반사할 때 다시 종파와 횡파도 변환되어 여러종류의 음파가 혼합되어 진행하게 된다. 그러나 이때 횡파의 속도는 종파의 속도에 비하여 약 50%정도이므로 진행이 늦게 된다. 실제 초음파탐상시 이와같이 파형변환에 의해 지연된 신호가 많이 나타나게 되므로, 동일한 불연속에 대해서도 다양한 신호가 나타날 수 있으므로  이를 분리하여 검출하여야 한다.
  강재시험체에 종파를 입사시켜 검사할 때 시험체내에서 파형변환을 일으켜 입사할 종파가 종파와
  횡파로 변환된 경우 횡파의 반사각은 종파의 반사각에 비해 얼마인가?

50% 동일하다