超声波的特性

1、超声检测中利用超声波的哪些主要特性？答：超声检测中利用超声波的主要特性有：超声波能量高、方向性好、穿透力强、与界面产生反射、折射和波形转换。

2、什么是波动的波长、频率和波速？用什么符号来表示？三者之间的关系是什么？答：同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离称为波长，用λ表示。

在波动过程中，任意给定质点在一秒钟内所通过的完整波的个数称为波动频率，用f表示。

波在单位时间内所传播的距离称为波速，用c表示。

三者之间的关系式c=λf。

3、什么是纵波、横波和表面波？常用什么符号来表示？并简述以上各波形的质点运动轨迹？答：介质中质点的振动方向与波的传播方向互相平行的波，称为纵波，用L表示。

介质中质点的振动方向与波的传播方向互相垂直的波，称为纵波，用S表示。

当介质表面受到交变应力作用时，产生沿介质表面传播的波，称为表面波，用R表示，表面波在介质表面传播时，介质表面质点做椭圆运动，椭圆的长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于波的传播方向。

4、影响超声波在介质中传播速度的因素有哪些？答：影响超声波在介质中传播速度的主要因素是介质的弹性模量和密度。

不同波形在同一介质中的声速是不同的，有限尺寸的工件有可能会使声速变慢，兰姆波还与波型模式有关，温度也会影响波速。

5、在常规超声检测中测量超声波声速的方法有哪些？答：在常规超声检测中测量超声波声速的方法有超声检测仪测量法，测厚仪测量法和示波器测量法。

6、什么是波的干涉？波的干涉对超声检测有什么影响？答：两列频率相同，振动方向相同，位相相同或位相差恒定的波相遇时，该处介质中某些质点的振动互相加强，而另一些地方的振动互相减弱或完全抵消的现象叫做波的干涉。

在超声检测中，由于波的干涉，是超声波源附近出现声压极大值和极小值，影响缺陷定量。

7、什么是波的迭加原理？答：当几列波在同一介质中传播时，如果在空间某处相遇，则相遇处质点的振动式各列波引起振动的合成，在任意时刻该质点的位移是各列波引起位移的矢量和。

超声波的物理特性及医学应用超声波是一种频率高于人类听觉范围的机械波，波长短于可见光波长的一种波动形式。

它在物理学和医学中有着广泛的应用，其物理特性和医学应用均为我们所熟知。

超声波的物理特性包括频率高、波长短、能量强、穿透力强等特点。

超声波的频率通常在20 kHz到1 GHz之间，远远超出了人类听觉的范围。

波长短于可见光波长，因此在物质中传播时，超声波能够穿透并产生回波，这使得超声波成为了一种理想的成像工具。

超声波能量强，穿透力强，能够穿透人体组织，因而被广泛应用于医学成像和治疗中。

在医学应用方面，超声波已经成为了一种重要的医疗工具。

超声波成像技术被广泛应用于医学影像学中，如超声心动图、超声造影、超声血流动力学等。

通过超声波成像技术，医生可以清晰地看到人体内部器官的结构和功能，从而诊断疾病和指导治疗。

而且，超声波成像技术还具有即时、无辐射和低成本等优点，因此被认为是一种理想的影像学检查手段。

超声波在医学中还被广泛应用于治疗。

超声波治疗技术是一种无创伤的治疗手段，通过超声波的热效应和机械效应对病灶进行治疗。

常见的超声波治疗包括超声波消融治疗、超声波手术刀和超声波射频治疗等，它们被广泛应用于肿瘤治疗、疼痛治疗、美容整形等领域。

超声波治疗技术具有无创伤、局部作用、可靶向等优点，因此备受医生和患者的青睐。

超声波在医学中还被应用于超声心血管造影、超声导航手术、超声检测等领域。

超声心血管造影技术是一种无创伤的心脏和血管成像技术，通过超声波对心脏和血管进行准确成像，帮助医生诊断心血管疾病。

超声导航手术技术则是一种利用超声波引导手术的技术，通过超声波成像对手术器械和病灶进行准确定位，能够提高手术的精确度和安全性。

1. 简述超声波的特性
超声波是一种由高频声波组成的电磁波。

它的频率在20kHz以上，可以超出人类听觉范围。

超声波具有许多特殊的特性，如高速传播、高能量转换效率、高穿透能力、高分辨率等。

首先，超声波具有高速传播特性。

它的传播速度取决于介质的密度和弹性模量，一般在1,500m/s到1,700m/s之间。

这使得超声波在探测和测量应用中具有很大的优势。

其次，超声波具有高能量转换效率的特性。

超声波能够将电能转换为声能，并在传播过程中不断转换为其他形式的能量。

这使得超声波在高能量密度的激励下能够产生高能量输出。

第三，超声波具有高穿透能力的特性。

超声波的穿透能力取决于波的频率和介质的密度。

在低密度介质中，超声波的穿透能力较强；而在高密度介质中，超声波的穿透能力较弱。

这使得超声波在探测和成像应用中具有很大的优势。

最后，超声波具有高分辨率的特性。

超声波的分辨率取决于波的频率和波的振幅。

超声波的频率越高，它的分辨率就越高。

同时，超声波的振幅越大，它的分辨率也就越高。

这使得超声波在成像应用中能够提供清晰的图像。

总之，超声波具有高速传播、高能量转换效率、高穿透能力和高分辨率等特性，这使得它在许多应用领域中具有广泛的应用前景。

超声波在医学成像、工业探测、测量和检测等领域都有广泛的应用。

1.声速：超声波在不同介质中传输速度是不同的。

气体350m/s左右，液体中1500m/s左右；固体中5000m/s左右。

2.声衰减在空气中，超声波除了因扩散引起衰减外，由于空气中的粘滞性、热传导以及分子的吸收也会引起衰减。

在20℃时的空气中，衰减系数在20℃时的水中，衰减系数如换算成位移衰减到I/e的距离x（1/ɑ）,则空气中x（m）=则水中x（m）=从表中可以看出：空气可水相比，其声衰减随频率的增大而急剧增加，即空气（各种气体均如此）不利于高频声传播，衰减很快，如500KHZ以上。

所以液体中超声一般选择1-5MHz，而气体中超声一般选择50-300KHz。

当然选择频率时还应考虑超声换能器之间的距离（声程）以及测量精度等要求。

3.特性阻抗与声反射、声折射、声散射特性阻抗由介质的密度和声速之积确定。

气体、液体和固体的特性阻抗之比约为1:3000:80000，差异很大。

超声从一种介质进入另一种介质的能力取决于特性阻抗。

流体中只存在纵波，纵波从流体向固体倾斜射入，在固体中除纵波外，还存在横波。

高频率的声波，如2MHZ，在照射到含有气泡和固体颗粒时液体时，会产生声散射。

4.超声换能器的指向性式中：--------指向性半角；--------波长；--------圆型辐射面直径气体介质中换能器的角一般取3-7度；液体介质中换能器的角一般取2-10度；可以上换能器的指向性均要求尖锐，以使能量较为集中。

5.温度特性在水中中，超声传播速度随温度升高而增大，但在90℃之后又开始减小。

1. 压电陶瓷片PZT用于测量液体流量的超声换能器，工作频率在0.5-5MHz.PZT压电片（圆形、半圆形、方形、矩形）是常用的形式，它的频率由下公式确定式中：-----------频率常数，PZT均为2200；-----------厚度（应远小于横向尺寸）。

1MHz的PZT圆片，直径10-12mm，厚度约2mm；1.5MHz的的PZT圆片，直径15mm左右，厚度约1.3mm；2. 换能器的基本结构压电圆片换能器一般结构有一下三种：液体换能器中，若在前后端设置匹配层，可有效提高电声转换效率和扩展频带宽度。

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1 超声波的特性
声波是物体的机械振动产生的，振动的频率超过20000次/s 称为超声波，简称超声。

超声波在机体内传播的物理特性是超声影像诊断的基础，其中主要有：
一、超声的定向性
又称方向性或束性。

当探头的声源晶片振动发生超声时，形成了一股声束，以一定的方向传播。

诊断方面利用这一特性做器官的定向探查，以发现体内脏器或组织的位置和形态上的变化。

二、超声的反射性
超声在介质中传播，若遇到声阻抗不同的界面时一部分声能引起反射，所余的声能继续传播。

如介质中有多个不同的声阻界面，则可顺序产生多次的回声反射。

超声界面的大小要大于超声的半波长，才能产生反射。

若界面小于半波长，则无反射而产生绕射。

超声垂直入射界面时，反射的回声可被接收返回探头而在示波屏显示。

入射超声与界面成角而不垂直时，入射角与反射角相等，探头接收不到反射的回声。

三、超声的吸收和衰减性
超声在介质中传播时，由于与介质中的摩擦产生粘滞性和热传播而吸收，又由于声速本身的扩散、反射、散射、折射与传播距离的增加而衰减。

吸收和衰减除与介质的不同有关外，亦与超声的频率有关。

但频率又与超声的穿透力有关，频率愈高，衰减愈大，穿透力愈弱。

超声诊断主要是利用这种界面反射的物理特性。

2．1 超声波的定义波是由某一点开始的扰动所引起的，并按预定的方式传播或传输到其他点上。

声波是一种弹性机械波。

人们所感觉到的声音是机械波传到人耳引起耳膜振动的反应，能引起人们听觉的机械波频率在20Hz~20KHz，超声波是频率大于20KHz的机械波。

在超声波测距系统中，用脉冲激励超声波探头的压电晶片，使其产生机械振动，这种振动在与其接触的介质中传播，便形成了超声波。

2．2超声波的物理特性当声波从一种介质传播到另一种介质时，在两介质的分界面上，一部分能量反射回原介质，称为反射波；另一部分能量透射过分界面，在另一个介质内部继续传播，称为折射波，如图2．1所示，图中L为入射波，S₁为反射横波，L₁为反射纵波，L₂为折射纵波，S₂为折射横波。

S₂图2．1超声波的反射、折射及其波形转换这些物理现象均遵守反射定律、折射定律。

除了有纵波的反射波折射波以外，还有横波的反射和折射。

因为声波是借助于传播介质中的质点运动而传播的，其传播方向与其振动方向一致，所以空气中的声波属于纵向振动的弹性机械波。

在理想介质中，超声波的波动方程描述方法与电磁波是类似的。

描述简谐声波向X 正方向传播的质点位移运动可表示为：()cos()A A x t kx ω=+ （）0()ax A x A e -= （）式中，()A x 为振幅即质点的位移，0A 为常数，ω为角频率，t 为时间，x 为传播距离，2/k πλ=为波数，λ为波长，α为衰减系数。

衰减系数与声波所在介质和频率关系：2af α= （）式(2．3)中，a 为介质常数，f 为振动频率。

2．2．1超声波的衰减从理论上讲，超声波衰减主要有三个方面：(1) 由声速扩展引起的衰减在声波的传播过程中，随着传播距离的增大，非平面声波的声速不断扩展增大，因此单位面积上的声压随距离的增大而减弱，这种衰减称为扩散衰减。

(2) 由散射引起的衰减由于实际材料不可能是绝对均匀的，例如材料中外来杂质金属中的第二相析出、晶粒的任意取向等均会导致整个材料声特性阻抗不均，从而引起声的散射。

超声波有何特点
超声波是一种频率高于人类听觉范围（20千赫兹）的机械波。

它具有以下特点：
1. 频率高：超声波的频率通常在20千赫兹以上，可以达到数百兆赫兹。

由于频率高，超声波在传播过程中能够产生更小的波长，具有更强的穿透力和更精确的定位能力。

2. 穿透力强：超声波在介质中传播时，能够穿透许多物质，包括液体、固体和气体。

由于其频率高和波长短，超声波能够穿透人体组织和材料，并在其中产生反射、折射和散射现象，从而用于成像、检测和测量等应用。

3. 反射性强：超声波在不同介质之间传播时，会产生反射现象。

利用超声波的反射特性，可以对介质中的缺陷、界面和结构进行非破坏性检测和成像，广泛应用于医学、工业、生物学等领域。

4. 频散性：由于超声波在介质中传播时，频率较高，不同频率的超声波在介质中传播速度可能不同，导致波包的频散现象。

频散性使得超声波在长距离传播过程中波包可能发生变形，需要进行补偿或校正。

5. 成像分辨率高：超声波成像技术可以实现非常高的空间分辨率，能够清晰地显示被检测物体的内部结构、形态和位置，对于医学诊断、材料检测等领域具有重要应用价值。

6. 无辐射危害：超声波是一种机械波，与X射线和γ射线相比，超声波没有电离辐射，不会对生物组织产生辐射危害，因此被广泛应用于医学诊断中。