3-4 超声波的传播特性
八年级物理超声波的特点
八年级物理中，超声波的特点主要包括以下几个方面：
1.方向性好：超声波几乎沿直线传播，这使得它可以在特定方向上传播而不容易散失能量。
2.穿透能力强：超声波能穿透许多电磁波不能穿透的物质，例如金属、塑料等。
3.易于获得较集中的声能：超声波的频率高，因此可以在一定的空间范围内获得较集中的声能。
4.有很强的“破碎”能力：由于超声波具有较高的能量，它可以用来破碎物体，如医学上的超声波碎
石等。
综上所述，超声波在医学、军事、工业、农业等领域有着广泛的应用，例如声呐、B超、超声波速度测定器、超声波清洗器、超声波焊接器等。
需要注意的是，虽然超声波具有许多优点，但在使用过程中也需要注意其可能产生的负面影响，如对人体和动物的影响等。
因此，在使用超声波时，需要遵守相关规定和操作规程，确保安全和有效。
超声波的基本原理及传播特点 (1)
目录摘要 (2)引言 (3)1.超声波的基本原理及传播特点 (4)1.1什么是超声波 (4)1.2超声波的基本原理 (4)1.2.1压电效应及脉冲超声波的产生 (4)1.2．2超声波波形 (5)1.3超声波传播的特点 (6)2.超声波的应用 (6)2.1超声波在制浆造纸中的应用 (7)2.2超声波传感器 (8)2.3超声波测距 (9)2.4超声波在医学诊断中的应用 (10)2.5超声波在生物技术领域的应用 (11)2.5.1用于培养液及药物的雾化 (11)2.5.2提高种子发芽率和遗传物质的转化率 (11)2.6超声波在军事中的应用 (11)3. 结束语 (12)参考文献 (12)致谢 (13)摘要超声波是一种高能机械波，本文通过介绍超声波的产生机制和基本原理。
让读者更深层次的认识超声波，文中根据超声波的自身特点从超声波传感器、超声波测距、及超声波在纸浆造纸中、医学诊断中、生物技术领域中、军事中的应用这六个方面进行详细讲述。
超声波是一门年轻的学科，随着超声研究技术的不断成熟，未来将会更好的应用在生产生活中。
关键词：超声波；传感器；测距；医学诊断AbstractUltrasonic is a kind of high-energy mechanical wave, this paper introduces the basic principle of ultrasonic generation mechanism and give readers a deeper understanding of ultrasound, in this paper, according to the characteristics of ultrasonic sensors, ultrasonic distance measurement, and ultrasonic in pulp papermaking, medical diagnosis, in the field of biotechnology, the application of the military in these six aspects in detail. Ultrasonic is a young discipline, with the ultrasonic technology matures, the future will be better application in the production and living.Key words: ultrasonic ；the sensor ；ranging; medical diagnosis引言超声波最早被人类发现是在1793年由意大利科学家斯帕拉捷在蝙蝠身上发现其存在，随后的30多年里人们进行了有关超声波的产生机理方面的大量研究，直到1830年F·Savar用齿轮产生44.2 HZ的超声，首次实现了人类10在人工控制下超声波的产生，开启了超声历史的新纪元，其他新技术如压电效应与逆压电效应的发现大大推动了超声波的快速发展，在随后的60年间，世界各地区有关超声技术的研究不断的取得突破性成果，20世纪的40年代超声技术开始应用于临床医疗方面，这也同样推动了人类医疗事业的发展，有关超声波在医学方面的应用与研究取得突破性进展，国际间也有过许多的交流与合作，共同推动了超声科技的发展和进步。
超声波
三、超声波
超声波特性：
2、超声波在液体介质中传播，能够产生巨 大的正、负交变的液压冲击波和空化作用。
这种交变的脉冲压力作用在邻近的零件 表面上会使其破坏，引起固体物质分散、破 碎效应等。
三、超声波
超声波特性： 3、超声波在介质中传播遇到不同介质的界 面会发生反射和折射现象。
能量反射的大小，决定于两种介质的波阻抗 （密度乘波速），介质的波阻抗相差越大，超声波 通过界面时能量的反射率越高。当超声波从液体或 固体传入到空气、或者是相反的过程，反射率都接 近100%。为了改善超声波在相邻介质中的传递条 件，往往在声学部件的连接处加入全损耗系统用油、 凡士林油为传递介质，以消除空气所引起的衰减， 如医学上的B超。
2） 振幅扩大棒
指数形：扩大比中等(10~20倍)，使用中 振幅比较稳定，但不易于制造；
阶梯形：扩大比较 大(>20倍)，也易于 制造；但振幅易减 小，性能不稳定， 而且在粗细过度的 地方容易产生应力 集中而导致疲劳断 裂，为此须加工过 渡圆弧。 锥形：振幅扩大比较小 (5~10倍)，但易于制造；
三、超声波
超声波特性：
4、超声波在一定条件下，会产生波的干涉 和共振现象。 为了使弹性杆处于最大振幅共振状态，应 将弹性杆设计成半波长的整数倍；而固定弹 性杆的支持点，应该选在振动过程中的波节 处，这一点不振动。
7.1 超声波加工原理
超声加工：是利用工具端面作超声振动，通过磨粒悬浮液加 工脆硬材料的一种成型方法。
vmax=251.3 mm/s
a=3233g
1、工具 2、工件 3、磨料悬浮液 4、5 变幅杆
6、换能器
7、超声波发生器
7.1 超声波加工原理
虽然每次打击下来的材料很少，但由于每秒打击的次数 多达16000次以上，所以仍有一定的加工速度。 同时，工作液受工具端面超声振动作用而产生的高频、 交变的液压冲击波和“空化”作用，促使工作液钻入被加工 材料的微裂缝处，加剧机械破坏作用。 重要概念：空化作用 由此可见，超声加工是磨粒在超声振动作用下的机械碰 撞和抛磨作用以及超声空化作用的综合结果，其中磨粒撞击 作用是主要的。
1. 简述超声波的特性
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。
超声波特性
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。
超声波特性
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。
超声探伤知识点总结
超声探伤知识点总结一、超声波传播和检测原理超声探伤是一种利用超声波来检测材料内部缺陷的一种非破坏性检测方法。
它利用超声波在材料中的传播特性和反射特性来发现和确定材料内部的缺陷，如裂纹、气孔、夹杂等。
超声波是一种机械波，它通过材料中的分子间的弹性传递能量，具有穿透性和反射性。
当超声波遇到材料内部的缺陷时，会发生反射、折射和散射现象，根据这些现象可以确定缺陷的位置、形状、大小等信息。
二、超声探伤设备超声探伤设备主要包括超声波发射装置、接收装置、信号处理装置和显示装置。
超声波发射装置用于产生超声波信号，一般采用压电晶体或磁致伸缩换能器。
接收装置用于接收超声波信号并将其转化为电信号，一般也采用压电晶体或磁致伸缩换能器。
信号处理装置用于放大、滤波、延迟控制等对接收到的信号进行处理，以便于分析和显示。
显示装置用于显示探测到的缺陷和材料的内部结构，一般采用示波器、闪存图像仪等。
三、超声波的传播特性超声波在材料中的传播特性受到材料的声速、密度和声衰减系数的影响。
在各种材料中，声速越大，密度越小，声衰减系数越小，超声波的穿透性越好。
另外，材料的晶粒结构、组织、应力等因素也会对超声波的传播特性产生影响。
因此，在进行超声探伤时，需要根据被测材料的性质和要检测的缺陷类型来选择合适的超声波检测方法和参数。
四、超声探伤方法根据超声波的传播方式，超声探伤方法可以分为纵波检测和横波检测。
纵波检测是指超声波在材料中的传播方向和振动方向一致的检测方式，适用于发现和定位表面和近表面的缺陷。
横波检测是指超声波在材料中的传播方向和振动方向垂直的检测方式，适用于发现和定位材料内部的缺陷。
此外，超声探伤方法还包括脉冲回波法、多普勒效应法、相控阵法、声照相法等多种技术方法，可以根据具体的应用需求和条件选择合适的方法。
五、超声探伤参数在进行超声探伤时，需要确定合适的超声探伤参数，包括超声波频率、脉冲宽度、发射能量、探头直径等。
这些参数的选择应根据被测材料的性质和要检测的缺陷类型来确定。
第3节 超声波在介质中的传播特性
气泡的振动也会产生相应的谐波，且这种谐波比组 织谐波强的多。
32
3. 反射增强 声波在传播过程中会出现反射增强现象。由
于衰减，要对不同深度的回波信号进行不同的放 大，目的是使同种均匀介质在不同深度回波信号 的强度基本相同。图7-11。
状态。
rp
Z2 Z2
Z1 Z1
8
2.
声强反射系数rI
定义：反射声强与入射声强之比：rI
因为
p2 I
Z c
Ir Ii
Z
所以
I
pr2 Z1
pi2
pr pi
2
2 p
Z1
9
3. 全反射 超声波的折射定律与光波的折射定律相同：
sini c1 sint c2
体软组织中，蛋白质成分的张驰过程是造成驰豫吸收的主要 因素。
吸收与声波的频率关系甚大，介质对声波的吸收有 影响。
24
2. 介质吸收衰减规律
强度的减少量-dI，根据实验： I0
dI
I
dI Idx
x0
x
dI Idx
dI I
dx
ln I x
I0 I ex I0
但在不同介质传播时，声波在液体介质中衰减 较小，而在软组织中衰减较大，而每一束声波放 大处理相同。当使软组织反射信号均匀一致，则 液体介质中传播的声波回波信号强度比入射波信 号强度还大，从而形成反射增强。
33
五、声束通过介质薄层的特征
超声波概念及特性1
超声波概念及特性
一、振动
2 X A cos( t ) T X A cos(t )
振幅A、 周期T、 频率f、 相位（t ＋）是 描述简谐 振动物理 量
X－质点离开平衡位置的距离； A－质点离开平衡位置的最大位 移绝对值，即振幅； －角频率，＝2f； （t＋）－简谐振动的相位； －t＝0时初始相位。
描述在时间t， 距离原点0为 X的某点(B 点)的位移。
X y A cos( t ) C
C－波速；X－波线上某任意 位置点离开原点0距离；
超声波概念及特性
二、波动
3、波的类型：
连续波、 脉冲波
连续波：指持续时间 不断，具有许多单独 的等幅波峰的波。
脉冲波：指持续时间 有限的波，持续时间 通常为微秒数量级。
频率
振动频率超过20KHz的机械波即为超声波。 超声波探伤常用频率范围：0.5MHz～10MHz。
超声波概念及特性
三、超声波
超声波特性：
1、超声波在介质中传播遇到不同介质的界 面会发生反射。 超声波在材料中传播遇到缺陷（即不同 介质），当缺陷尺寸大于或等于超声波波长 时，超声波在缺陷面上反射回来，探伤仪显 示出反射波；当缺陷尺寸小于波长时，超声 波则绕射而过，不发生反射。
超声波概念及特性
三、超声波
超声波特性：
2、超声波方向性好。超声波频率愈高，方 向性愈好。 在实际探伤中一般采用很窄的超声波波束在 材料中传播，很容易确定出缺陷的位置。
超声波概念及特性
三、超声波
超声波特性：
3、超声波在介质中传播能量大。
如：频率为1MHz的超声波所传播的能 量，相当于振幅相同，频率为1KHz的声波 的100万倍。超声波在很多材料中能够入射， 因此，超声波在探伤中得到广泛应用。
超声波作业指导书
超声波作业指导书一、引言超声波作为一种常见的无损检测技术，在工业、医学和科学研究领域得到广泛应用。
本指导书旨在为学生提供关于超声波的基本知识和作业指导，帮助他们深入理解和掌握超声波的原理、应用和实验操作。
二、超声波的基本原理1. 超声波的产生原理：超声波是一种频率高于人类可听到的声波，通常通过一种称为压电效应的原理产生。
压电效应是指某些材料在受到机械压力时会产生电荷，这种特性使得它们可以用作超声波的发射器和接收器。
2. 超声波的传播特性：超声波在介质中传播时会发生多次反射、折射和散射，这些现象使得超声波在实际应用中能够提供丰富的信息。
超声波的传播速度与介质的密度和弹性有关，常用的介质有固体、液体和气体。
三、超声波的应用1. 医学领域：超声波在医学领域中被广泛用于诊断和治疗。
通过超声波成像技术，医生可以观察到人体内部的器官和组织，诊断疾病。
此外，超声波也在手术和物理治疗中扮演重要角色。
2. 工业领域：超声波在工业领域中被用于无损检测和材料表征。
例如，超声波可以检测金属中的缺陷、测量材料的厚度和弹性模量等。
此外，超声波还广泛应用于清洗、焊接和涂覆等工艺中。
3. 科学研究领域：超声波在科学研究中的应用也非常丰富。
例如，在材料科学领域，超声波可以用于表征材料的力学性能和结构特征。
在物理学和化学学科中，超声波也被用于研究材料的电子结构和分子振动等。
四、超声波实验操作指南1. 实验一：超声波的发射和接收a. 准备一台超声波发射器和接收器；b. 将发射器和接收器连接至电源；c. 使用示波器观察并记录发射器发出的超声波信号；d. 调整接收器的位置和参数，观察并记录接收到的超声波信号。
2. 实验二：超声波在固体中的传播a. 准备一块材料样品；b. 将发射器放置在样品的一侧，接收器放置在另一侧；c. 发射超声波信号，并观察和记录信号传播的时间和强度；d. 更换不同材料的样品，重复实验，并比较结果。
3. 实验三：超声波在液体中的应用a. 准备一种液体样品，如水；b. 将发射器和接收器放置在液体中，调整位置；c. 发射超声波信号，并观察和记录信号在液体中的传播情况；d. 改变液体的温度、浓度等条件，重复实验，并比较结果。
超声波知识
超声波知识一、超声波概述超声波是一种频率高于人类听觉范围的机械波，是一种机械振动在介质中传播的能量。
它的频率通常大于20kHz，是一种高频声波。
超声波在医学、工业、科学研究等领域具有广泛的应用。
二、超声波的产生超声波的产生主要依靠压电效应。
通过压电晶体的振荡，可以产生高频的机械振动，进而产生超声波。
压电晶体能够将电能转化为机械能，反之亦然。
常用的压电晶体材料有石英、锆钛酸铅等。
三、超声波的传播特性1. 超声波在传播过程中会发生衰减。
衰减的程度取决于介质的特性以及超声波的频率。
一般来说，高频的超声波衰减更快。
2. 超声波在不同介质中的传播速度是不同的。
传播速度与介质的密度和弹性系数有关。
在同一介质中，超声波的传播速度随着频率的增加而增加。
3. 超声波在传播过程中会发生折射和反射。
当超声波从一个介质传播到另一个介质时，会发生折射现象，导致传播方向发生改变。
当超声波遇到介质的边界时，会发生反射现象，部分能量被反射回来。
四、超声波的应用领域1. 医学领域：超声波在医学诊断中有重要应用。
医生可以利用超声波来观察人体内部器官的结构和功能，对于发现疾病和指导治疗非常有帮助。
常见的超声检查包括孕妇产检、心脏超声、肝脏超声等。
2. 工业领域：超声波在工业中具有广泛的应用。
例如，超声波清洗技术可以用于清洗汽车零件、电子元件等。
超声波焊接技术可以用于塑料焊接、金属焊接等。
超声波测厚技术可以用于测量材料的厚度。
3. 科学研究领域：超声波在科学研究中也有重要的应用。
例如，超声波可以用于材料的研究，通过超声波的传播特性可以了解材料的结构和性能。
超声波还可以用于声纳系统，进行海洋勘探和水下通信等。
五、超声波的安全性超声波在正确使用的条件下是相对安全的。
然而，高强度的超声波对人体组织可能会产生损伤。
因此，在进行医学超声检查或工业超声应用时，需要注意超声波的强度和使用时间，以确保安全。
六、总结超声波是一种高频声波，具有广泛的应用领域。
超声波特点
超声波特点超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律，与可听声波的规律并没有本质上的区别。
但是超声波的波长很短，只有几厘米，甚至千分之几毫米。
与可听声波比较，超声波具有许多奇异特性：传播特性——超声波的波长很短，通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长大好多倍，因此超声波的衍射本领很差，它在均匀介质中能够定向直线传播，超声波的波长越短，这一特性就越显著。
功率特性——当声音在空气中传播时，推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功，声波功率就是表示声波作功快慢的物理量。
在相同强度下，声波的频率越高，它所具有的功率就越大。
由于超声波频率很高，所以超声波与一般声波相比，它的功率是非常大的。
第一次世界大战时，德国潜水艇击沉了协约国大量战舰、船只，几乎中断了横跨大西洋的海上运输线。
当时潜水艇潜在水下，看不见，摸不着，一时横行无敌。
于是利用水声设备搜寻潜艇和水雷就成了关键的问题。
法国著名物理学家郎之万等人研究并造出了第一部主动式声呐，1918年在地中海首次接收到(2～3)km以外的潜艇回波。
这种声呐可以向水中发射各种形式的声信号，碰到需要定位的目标时产生反射回波，接收回来后进行信号分析、处理，除掉干扰，从而显示出目标所在的方位和距离。
第二次世界大战期间，由于战争需要，声呐装置更趋完善。
战后，人们开始实验使用军舰上的声呐探测鱼群。
不但测到了鱼群，而且还能分辨出鱼的种类和大小。
人们在此基础上研制出各种鱼探机，极大地促进了渔业的发展。
声学中用声强的对数量(叫做声强级)来表示声音的大小。
对数的底取10，单位为贝耳，简称贝，但是实际使用中常以1／10贝为单位，叫做分贝。
声强级 LI=10lg(I/I0)。
其中LI是声音的声强级，lg是以10为底的对数，I是声音的声强，I0是声强的基准值，等于1pW/m2。
如果某个声音的声强等于基准声强，I/I0=1，LI=0dB；如果I为I0的10倍，LI=10dB；如果I增大为I0的100倍，LI=20dB；如果I是I0的1014倍，LI=140 dB 。
超声波特性
超声波的四个特性及应用特性超声波顾名思义，超过常规声波的声波。
声波是指人耳能感受到的一种纵波，其频率范围为16Hz-20KHz。
当声波的频率低于16Hz时就叫做次声波，高于20KHz则称为超声波声波。
超声波特性有四个方面：1）超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。
2）超声波可传递很强的能量。
3）超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。
4）超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。
1.束射特性由于超声波的波长短，超声波射线能够和光线一样，可以反射、折射，也能聚焦，而且．恪守几何光学上的定律。
即超声波射线从一种物质外表反射时，入射角等于反射角，当射线透过一种物质进入另一种密度不同的物质时就会产生折射，也就是要改动它的传插方向，两种物质的密度差异愈大，则折射也愈大。
2.吸收特性声波在各种物质中传播时，随着传播间隔的增加，强度会渐进削弱，这是由于物质要吸收掉它的能量。
关于同一物质，声波的频率越高，吸收越强。
关于一个频率一定的声波，在气体中传播时吸收最历害，在液体中传播时吸收比拟弱，在固体中传播时吸收最小。
3.超声波的能量传送特性超声波所以往各个工业部门中有普遍的应用，主要之点还在于比声波具有强大得多的功率。
为什么有强大的功率呢?由于当声波抵达某一物资中时，由于声波的作用使物质中的分子也跟着振动，振动的频率和声波频率―样，分子振动的频率决议了分子振动的速度。
频率愈高速度愈大。
物资分子由于振动所取得的能量除了与分子的质量有关外，是由分子的振动速度的平方决议的,所以假如声波的频率愈高，也就是物质分子愈能得到更高的能量、超声波的频率比声波能够高很多，所以它能够使物资分子取得很大的能量；换句话说，超声波自身能够供应物质足够大的功率。
4.超声波的声压特性当声波通入某物体时,由于声波振动使物质分子产生紧缩和稠密的作用，将使物质所受的压力产生变化。
由于声波振动惹起附加压力现象叫声压作用。
简述超声波的特点
简述超声波的特点超声波是指频率高于20000赫兹，人耳听不到的声波。
又称“超声波”。
人们用于医学诊断的超声波频率为2兆赫以上，人们用的较多的是3至4兆赫，其特点是可以聚焦成很小的点，利用这个特点，可以作精细的超声探伤、测距、测速，超声波也用于超声清洗、焊接、乳化、脱毛、去除加工件表面的锈蚀、灰尘、涂层等。
在军事、医学等方面超声波也有着很广泛的应用。
超声波安全防护系统就是利用超声波的特性制作而成。
超声波是一种声波，它具有许多独特的特点。
当声波遇到物体时，它就要发生反射和透射。
传播速度比光还快。
声音在不同介质中的传播速度是不同的。
当声波通过固体介质时，传播方向一般都要发生变化。
例如：平行于传播方向的叫纵波；平行于振动方向的叫横波；垂直于振动方向的叫表面波。
声音的波长比较短。
但人耳可以听到的声波范围很宽，从10－ 20米以外的低频率，到20－ 20000赫兹的高频率。
这些频率的声波对人体的内部器官来说都是高频率的声波。
但是，目前最常见的声波频率约为300－ 1000赫兹。
而人耳能听到的声波频率为20－ 20000赫兹，即从20赫兹到20千赫兹的声波。
人们把20－ 20000赫兹的声波叫做“可听声”。
超声波是声音的一种，因此，超声波也是一种机械波。
在真空里，声波的速度等于光速，这就是说：一个1千克重的人发出来的声波，能在空气中传播1000米。
超声波由于它具有方向性好、穿透能力强的特点，在工业、国防、医学等方面有广泛的用途。
例如：工业中用的超声波清洗机、超声波焊接机、超声波金属焊接机、超声波抛光机、超声波去毛刺机等等。
原理：利用超声波在清洗液中传播速度慢、在气体中传播速度快的特点，使清洗液中的超声波能有效地穿过缝隙、小孔、狭缝、凹槽等障碍，对清洗对象进行全方位的清洗。
超声波清洗器是根据这个原理制成的。
利用它可以把缝隙、孔穴内的沉积物搅拌成摩擦损伤，从而达到清洗的目的。
在工业中，利用超声波来清洗零件的例子俯拾皆是，如清洗精密机械的零件、清洗钟表机芯等。
超声波的产生与传播特性研究
超声波的产生与传播特性研究引言：超声波是指频率超过人类听力范围（20 kHz）的声波。
它在许多领域都有广泛的应用，如医学诊断、材料研究、工程测试等。
本文将从定律到实验准备、实验过程，再到超声波的应用和其他专业性角度进行详细解读，以研究超声波的产生与传播特性。
一、超声波产生的物理定律：超声波的产生是基于压电效应，即在压电晶体施加电场时，晶体发生形变，并且在去形变时会产生电荷分离。
这种物理现象被描述为压电效应，是超声波产生的基础定律。
二、实验准备：1. 实验器材：a. 压电晶体：例如石英晶体、铅锆钛酸钽晶体等，这些晶体具有压电性质，能够快速形变并产生超声波。
b. 谐振腔：对于实验需要产生稳定频率的超声波，谐振腔是必需的。
它通过共振而使超声波能量发挥到最大。
c. 声场探测器：常用的声场探测器有压电传感器、光纤传感器等，用于检测超声波的强度和传播特性。
d. 信号发生器和放大器：用于产生和放大电信号，驱动压电晶体产生超声波。
e. 程序控制设备：用于控制实验参数，记录数据和分析结果。
2. 实验环境：超声波对实验环境要求较高，一般要求环境噪声较小、无电磁干扰、温度稳定等。
三、实验过程：1. 设置实验参数：根据实验目的，设置超声波的频率、幅度等参数。
这些参数将影响超声波的传播特性和实验结果。
2. 准备压电晶体：将压电晶体安装在压电传感器上，并固定在谐振腔内。
保证晶体与谐振腔有良好的接触，以便从晶体中传递超声波。
3. 运行实验装置：启动信号发生器和放大器，通过电信号驱动压电晶体，使其产生超声波。
利用程序控制设备，实时监测超声波的参数和传播特性。
4. 检测超声波信号：利用声场探测器检测超声波的强度和传播特性。
通过调节探测器位置和角度，获取超声波在不同介质中的传播情况。
5. 数据分析和结果验证：根据实验数据，分析超声波在介质中的传播特性，比如幅度衰减、传播速度等。
通过与已知的理论模型进行比较，验证实验结果的准确性和可靠性。
超声波的定义及特性
③ 声强的单位 瓦/厘米2
1瓦＝1焦耳/秒
4.声压级和声强级 （1）声强级LI
LI = 10lg(I/I0) 分贝(dB) 称LI为：I相对于I0的声强级，I0为I的参考值。 （2）声压级LP
由I＝P2/ρc , I0＝P02/ρc可得： LI = 10lg(I/I0) = 10lg(P2/P02) = 20lg(P/P0) 定义： LP = 20lg(P/P0) 分贝(dB) 称LP为：P相对于P0的声压级，P0为P的参考值。
（4）讨论
① ②
Z2 Z1 则 Z2 Z1 则
aaIr Ir
v P
t x
①
连续方程：
P B v
t
x
②
其中：P－声压，v－质点振动速度 ρ－介质密度， t－时间，B －体积弹性系数
2. 波动方程
联立以上①、②式，可得波动方程如下：
2xp2 c12
2p t2
0
2v x2
c12
2v t2
0
它描述了声波传播过程中，每个空间位置上，每 个时刻的声压和质点振动速度。
重要声速参数
① 人体软组织中： c≈1540 m/S
在人体各种软组织中,声速都很接近，可按此估算。
② 人体骨组织中： c≈4000 m/S ③ 空气(22℃)中： c≈ 345 m/S
2.波长、周期和频率 （1） 波长λ
声波中两个相邻同相位点之间的距离称波长，用λ 表示。
纵波：指两个相邻密集点(或稀疏点)之间的距离。 横波：指两个相邻波峰(或波谷)之间的距离。 (或：在一个波周期时间内，波所传播的距离称波长。)
声学：Z＝P/v， 电学：R＝U/I， 类比：Z－R，P－U，V－I
超声基础知识
超声基础介绍
超声波的传播特性
当超声波通过介质传播时会发生以下现象： Reflection(反射） Refraction（折射） Diffraction（衍射） Attenuation（衰减） Scatterring（散射）
超声成像基本条件
1、声源 2、回波信号 3、回波信号被接收并经信号放大，处理等 过程而形成声像图
主要成像模式
超声诊断基础
主要原理是利用超声波在生物组织中传播特性，不同的组织和器官具有独特的声音成像特征 ➢液性结构为无回声暗区 ➢实质性结构为强弱不等的各种回声 ➢均质性实质结构为均匀的低回声或等回声 ➢非均质性结构为混合型回声 ➢钙化或含气性结构则呈强回声并伴后方声影
高回声
等回声
无回声
强回声
主要成像模式
普勒）
主要成像模式
A 模式（A超，Amplitude mode）
最简单的超声成像形式，基于脉冲回波原理 扫描可用于测量距离 扫描仅提供一维信息 对成像不太有用 用于回声脑电图和回声检眼镜检查
主要成像模式
B 模式（B超，Brightness mode）
B代表亮度 用亮度强度显示回波信号的强度 二维成像
主要成像模式
灰度成像：
A 模式（A超，Amplitude mode） B 模式（B超，Brightness mode） M 模式（M超，Motion mode）
其他：
E 模式（ Elastography,弹性成像） 三维成像模式 四维成像模式
多普勒成像：
C mode（彩色多普勒）： ➢ C模式（CDFI,彩色多普勒血流图） ➢ Power Doppler（能量多普勒） D mode（频谱多普勒）： ➢ Pulse wave Doppler（PW,脉冲波多普勒） ➢ Continuous wave Doppler(CW,连续波多
简述超声波的传播方式及举例说明
简述超声波的传播方式及举例说明超声波是一种机械波，是由声源振动产生的一种波动，它的频率高于人类能听到的声音，通常大于20kHz。
超声波的传播方式有以下几种：1. 直接传播：超声波可以直接在同质介质中传播，如在水中、金属中等。
当超声波在介质中传播时，它会以波动的形式传递。
举例来说，水中的超声波可以通过鱼雷来探测水下目标，医学中的超声波可以通过超声波探头直接传播到人体内部，用于检查和治疗。
2. 折射传播：当超声波从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。
折射是由于不同介质的声速不同导致的。
例如，当超声波从水中传入人体组织中时，会发生折射现象，这也是医学超声波成像的基础原理之一。
3. 反射传播：当超声波遇到不同介质的界面时，会发生反射现象。
反射是由于介质的密度和声阻抗的差异引起的。
例如，超声波在人体组织中遇到骨骼或器官边界时会发生反射，这种反射可以被超声波探头接收到，从而用于成像和诊断。
4. 散射传播：当超声波遇到介质中的颗粒或不均匀性时，会发生散射现象。
散射是由于介质中微小结构的存在导致的。
例如，超声波在肝脏中遇到肝脏组织中的细胞和血管时会发生散射，这种散射可以提供有关肝脏结构和病变的信息。
5. 衰减传播：超声波在介质中传播时会逐渐衰减，即能量逐渐减弱。
衰减是由于介质的吸收和散射导致的。
例如，超声波在人体组织中传播时会受到组织吸收的影响，传播距离越远，能量损失越大。
6. 多次反射传播：超声波在介质中可以发生多次反射，通过多次反射可以获取更多的信息。
例如，医学超声波成像中的B超技术就是利用超声波在组织内部多次反射来获取图像。
7. 多次散射传播：超声波在介质中也可以发生多次散射，通过多次散射可以获取更多的信息。
例如，超声波在肝脏组织中多次散射，可以提供关于肝脏内部结构和血流情况的信息。
8. 衍射传播：当超声波通过小孔或者细缝时，会发生衍射现象。
衍射是由于波在通过障碍物时发生弯曲和扩散导致的。
例如，超声波通过超声波探头的发射孔和接收孔时会发生衍射，这种衍射可以影响到超声波的穿透深度和分辨率。
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3
波动学概念回顾——媒质 媒质(medium) ：弹性媒质(elastic medium)
¾弹性模量(elastic modulus)：
指当有力施加于物体或物质时，其弹性变形 （非永久变形）趋势的数学描述。
¾剪切模量（横波可传播于固体） ¾体积模量（纵波可传播于固体、液体、气体）
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波动学概念回顾——波形1 传播形式：横波、纵波 ¾横波(transverse wave) 质点振动方向与波的传播方向垂直。 ¾纵波(longitudinal wave)
特点：传播方向性强，穿透能力强。 应用：您能想到哪些例子
超声声场
超声换能器 Ultrasound Transducer
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超声波的表示方法
连续波（正弦等幅波）
位移： a = Asin(ωt)
速度： v =a' =ωAcos(ωt) =vm cos(ωt) 加速度： b =v' =a'' =−ω2Asin(ωt) =−Bsin(ωt)
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人体组织中的声速
超声波的基础知识—频率、波长 频率由振源（换能器参数）决定。 ¾频率越高，方向性越强，能量越高。 ¾频率则决定了可成像的组织深度（衰减的原
因）。 波长：λ＝ c/f ¾波长决定了成像的纵向极限分辨率。
16
超声波的基础知识—频率
超声诊断范围为1M～100MHz 。
9 按频率分类： 低频超声——1~2.75MHz 中频（常规用）超声——3~10MHz 高频超声——12~20MHz 超高频超声——大于20MHz
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波动学概念回顾——波源
波源(acoustic source)：波阵面、波线
¾波阵面(wave front)
同相位振动的质பைடு நூலகம்所联成的轨迹曲面。
¾波线(wave ray)
传播方向与波阵面垂直的线。
¾平面波(plane wave)、球面波(spherical wave)
柱面波(cylindrical wave)
质点振动方向与波的传播方向在同一直线。
4
波动学概念回顾——波形2
波动学概念回顾——波形3
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5
波动学概念回顾——传播特性 ¾惠更斯原理：媒质中振动的质点可看作新振源 ¾叠加(addition)、干涉(interference) ¾反射(reflection)与折射(refraction), ¾衍射(diffraction) ¾散射(scattering) ¾多普勒(doppler)
超声波的产生
压电效应是超声诊断应用的基础。 9 压电效应——泛指晶体处于弹性介质
中所具有的一种声-电可逆特性，有正 压电效应和逆压电效应之分。
11
正压电效应
在某些晶体的一定方向上施加压力或拉力 时，在晶体的某些面上就出现了异名电荷。
机械能
电能
逆压电效应
电场的作用，引起材料内部正负电荷重心 发生相对位移，使材料内部产生应力导致 宏观上的几何形变 。
超声波的基础知识—频率、波长 9 频率和波长在超声成像中是两个极为重
要的参数，波长决定了成像的极限分辨 率，而频率则决定了可成像的组织深度。
取超声波在人体组织中平均声速c＝1540m/s
17
超声波的基础知识—波长与纵向分辨率关系
18
超声波
2
波动学概念回顾——波动基本参数
¾频率(frequency), 用f表示 ¾周期(period), 用T表示,其中T = 1/f ¾波长(wavelength), 用λ表示 ¾波速(wave velocity), 用ν或C表示,其中
ν=λf 跟媒质的弹性模量和密度有关。 ¾振幅(amplitude), 用A表示
超声波的传播特性
是理解和研究超声成像技术的基础
内容概要 >超声波的定义和基本概念 >声特性阻抗、反射、折射、透射、散射的概念 >超声声场 >超声波的衰减 >超声波对物质的作用 >超声波安全剂量
【上次课的内容纲要】
课程的教学要求和建议 超声诊断仪的发展历程 超声诊断仪的临床应用
超声诊断仪的产品介绍
1
超声诊断仪的发展历程
声波特性 基础研究
压电效应、超 声换能器发明
简单的成像模式（声纳、A超）
二维成像模式（M超、B超）
多普勒、三维成像
谐波成像、弹性成像等其他模式
波动学概念回顾
机械波(mechanical wave)
¾频率、周期、波长、波速、振幅 ¾波源(acoustic source)机械振动—>媒质(medium) ¾传播振动形式和能量 ¾传播特性
声速表达方式
c= K ρ
—— 介质密度 K —— 介质的体积弹性模量
纵波时为杨氏模量Y 横波时为切变模量G
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影响声速的常见因素 ¾在液体与空气介质中，由于介质的弹性系
数与温度有关，因此声速也与温度有关 。
蒸馏水在标准大气压下声速与温度变化曲线
人体组织中的声速 声速一般不随频率而变，即没有频散（色 散）现象 。 在超声诊断的频段中，人体组织的超声速 度是与频率无关的，而且软组织中的声速 都很接近，可按1540m/s估算。
电能
机械能
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超声诊断用的超声波
连续波——正弦等幅波 脉冲波——阻尼衰减振荡波
超声波的基础知识
¾声速与声阻抗率 ¾频率 ¾波长 ¾声压 ¾声强 ¾衰减 ¾声场 ¾超声波的作用效应
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超声波的基础知识—声速 ¾声速
声波在介质中单位时间内传播的距离 , 称为声 速。用符号 c 表示 , 单位为 m ／ s( 米／秒 ) 。 人体脏器中 1540米/秒，频率改变声速不变。 ¾声速与介质的弹性模量、密度和波动类型有关。
反射回波
处理系统
距离 显示
您会关心哪些参数
8
超声波定义 振动频率大于20kHz的声波 属于机械波，由机械振动引起
次声波（Infrasound）
特点：不易衰减，容易衍射(diffract)；使人头 晕、恶心。 应用：预测自然灾害，军事武器， α节律（8～13Hz）。
9
超声波（Ultrasound）
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干涉现象
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6
多普勒效应
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超声波测距装置
超声波测距模块
超声传感器 间歇发射超声脉冲
每隔0.1秒发射8个 40kHz的方波脉冲
超声传感器 接收超声回波信号
7
超声波测距装置的原理
测量 对象
超声脉冲 超声
探头
反射回波
处理系统
距离 显示
如何求得距离信息
超声波测距装置的原理
测量 对象
超声脉冲 超声
探头