超声检测技术讲座 第一讲 超声检测的物理基础
超声检测-物理基础
机械振动
机械波
机械振动——谐振动
振动：质点不停地在平衡位置附近往复运动的状态。 谐振动：质点受到跟位移成正比、方向总是指向平衡位置的回 复力作用下的振动。
振动方程：
y A cos t A : 振幅
＝2 f ：角频率 ：初始相位
机械振动——谐振动
特点： 位移随时间的变化符合余弦规律； 振幅和频率始终保持不变、自由、周期的振 动——最基本、最简单的理想的振动； 固有频率由系统本身决定； 只有弹力或重力做功，机械能守恒。
频谱分析在超声检测中的应用 ——提高超声无损检测分辨率的方法 （《无损检测》 1997（4），P91 ）
远场分辨率：两相距2mm反射体
c d 2f 测得：f 1.4MHz d 2.1mm
频谱分析在超声检测中的应用 ——提高超声无损检测分辨率的方法 （《无损检测》 1997（4），P91 ）
机械波——产生与传播
机械波 机械振动在介质中传播形成机械波。 弹性介质 由以弹性力保持平衡的各个质点所构成。
机械波——产生与传播
产生机械波的条件 机械振动源、弹性介质。 特点： 机械振动是机械波的根源、机械波是机械振动状态的 传播。 机械波的传播不是物质的传播，而是振动状态和能量 的传播。
超声检测的历史
1964年，焊缝超声检测技术。
70’，裂纹高度测量，结合断裂力学，评估结 构强度和寿命预测。 80’，随着电子技术和计算机的发展，超声检 测自动化和成像技术发展迅速。
超声波的特点
超声波能量高
超声波穿透力强 超声波方向性好
超声波探伤的物理基础-
1 超声检测第一章超声波探伤是目前应用最广泛的方法之一，它的本质是机械波。
质点的机械振动和振动的传播，构成了超声波探伤的物理基础。
其传播过程中所遵循的规律又可以分为几何声学和物理声学两部分。
几何声学是指界面上的反射定律、折射定律和波形转换规律。
物理声学是指叠加、干涉、绕射和惠更斯原理。
超声波探伤过程中，声波在异质界面的行为，将遵循上述的规律。
第一节 振动与波动一 振动 振动包括弹性媒质中的机械振动和电磁场中的电子振动、量子场中的光子振动等。
光亮子的振动有微粒和波动的两重性。
声波的振动即属弹性媒质中的机械振动，(T ①)它是指在弹性媒质中，质点在其平衡位置的附近做具有周期性的往复运动。
2）（T ②）振动常用周期T 和频率f 这两个物理量来描述：2T ——振动物体（或质点）每振动一次所需要的时间（s ）。
F ——单位时间内振动的次数（次/s/Hz 、KHz 、MHz ）。
T = 1/f ，二者互为倒数。
3）简谐振动 (T ③)最简单的、最基本的直线振动称简谐振动，这种振动是无阻尼的、无衰减线性振动 如弹簧的位移服从虎克定律：F = - ky式中：k — 弹性常数[达因/厘米]； y — 位移量； 负号表示弹性力与位移量相反 。
（T ④谐振动方程）y = Acos(ωt+φ)式中：A — 振幅，即最大的水平位移；ω— 园频率，即一秒钟内变化的弧度数，ω= 2πf = 2π/ T ；φ— 初相位，即t = 0 时质点M 的相位； ωt+φ— 质点M 在t 时刻的相位 如书中图1.1所示。
谐振动的方程描述了谐振动物体在任一时刻的位移情况。
谐振动的特点是：物体受到的回复力的大小与位移成正比，其方向总是指向平衡位置。
如弹簧振子的振3动、单摆振动、音叉振动等。
谐振动振幅、频率不变，位能、势能由最大到零互相转变，符合机械能守恒。
（4）（T ③）阻尼振动 谐振动是理想条件下的振动，不考虑阻力，但实际任何振动都有阻力，克服这个阻力就要做功，能量就随时间不断减少。
超声基础知识部分
第一单元超声波检测的物理基础1、机械振动：有些物体在某一固定的位置（即平衡位置）附近作周期性的往复运动，这种运动形式被称为机械振动，简称振动。
2、自由振动：做振动的系统在外力的作用下物体离开平衡位置以后就能自行按其固有频率振动，而不再需要外力的作用，这种不在外力作用下的振动称为自由振动。
3、无阻尼自由振动：理想情况下的自由振动叫无阻尼自由振动。
自由振动时的周期叫固有周期，自由振动时的频率叫固有频率，它们由振动系统自身条件所决定，与振幅无关。
4、简谐振动：最简单最基本的直线无阻尼自由振动称为简谐振动，简称谐振。
5、在周期性外力的作用下产生的振动称为受迫振动，这个周期性的外力称为策动力。
6、机械波：机械振动在弹性介质中的传播过程，称为机械波。
机械波产生的条件：有机械振动振源和传播振动的弹性介质。
7、波长：在同一波线上两个相邻的振动相位相同的质点之间的距离，称为波长（即一个“波”的长度），用符号λ表示。
波长的常用单位是毫米（mm）或米（m）。
8、频率：单位时间内波动通过某一位置的完整波的数目，称为波动频率，也是质点在单位时间内的振动次数，用符号f表示。
频率的常用单位是赫兹（Hz），即（次）/秒。
波的频率是波源的振动频率，与介质无关。
9、周期：周期在数值上等于频率的倒数，它是波动前进一个波长的距离所需要的时间，用符号T表示。
周期的常用单位有秒（s）。
10、波速：在波动过程中，某一振动状态（即振动相位）在单位时间内所传播的距离叫做波速，用c表示，其常用单位为米/秒（m/s）。
波速的影响因素有：（1）介质的弹性模量和密度；（2）波的类型；（3）传播过程中的温度。
11、惠更斯原理：媒质中波动传到的各点，都可以看作是发射子波的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包迹就决定新的波阵面。
惠更斯原理对任何波动过程都适用，不论是机械波或电磁波，不论这些波动经过的媒质是均匀的或非均匀的。
利用惠更斯原理可以确定波前的几何形状和波的传播方向。
第一章 超声检测物理基础
第一章超声检测物理基础Chapter 1 Physical Foundations for Ultrasonic Testing本章简要介绍声波的本质、声波的传播、声场、规则反射体回波声压计算和A VG曲线等超声检测的物理基础。
掌握这些基础对正确理解超声波的特性、合理选择超声检测条件、有效解释超声波传播的现象等都极其重要。
1.1声波的本质essence of sound wave1.1.1振动与波vibration & wave波有两种类型：电磁波（如无线电波、X射线、可见光等）和机械波（如声波、水波等）。
声波的本质是机械振动在弹性介质中传导形成的机械波。
声波的产生、传播和接收都离不开机械振动，如人体发声是声带振动的结果；声音从声带传播到人耳，是声带引起空气振动的结果；人能听见声音是因为空气中的振动引起了人耳鼓膜的振动的结果。
所以，声波的实质就是机械振动。
1、机械振动质点不停地在平衡位置附近往复运动的状态称为机械振动。
如钟摆的运动、气缸中活塞的运动等。
(1) 谐振动如图1-1所示的质点——弹簧振动系统，在静止状态下往下轻拉一下装在弹簧上的小质点，松手后质点便在平衡点附近进行往复运动。
如空气阻力为零，则质点——弹簧系统自由振动的位移随时间的变化符合余弦（或正弦）规律：()ωφ(1-1)cos=+y A t式中：y——质点的位移，单位：米（m）A——质点的振幅，单位：米（m）t——时间，单位：秒（s）图1-1 加载弹簧的振动这种位移随时间的变化符合余弦规律的振动称为谐振动。
谐振动是一种周期振动，质点在平衡位置往复运动一次所需的时间称为周期，用T表示，单位为秒（s）；单位时间（即1秒钟）内完成的振动次数称为频率，用f表示，单位为赫兹（Hz）。
二者之间的关系为：1(1-2)Tf谐振动是一种振幅和频率始终保持不变的、自由的、周期振动，因而是最基本、最简单、最理想的机械振动。
其振动频率是由系统本身决定的，称为固有频率。
第一章-超声波探伤的物理基础
c λf
波动比较： 概念：振动的传播过程称为波动. 波动的分类: 机械波 机械振动在弹性介质中的传播.
波动 电磁波 交变电磁场在空间的传播.
两类波的不同之处:
机械波的传播需要介质,电磁播的传播可不需要介质
相同之处: 能量传播,反射,折射,干涉,衍射
(1 )纵波(L)：介质中质点有振动 方向相对于波的 传播方向互相平行的波。 (2) 横波S(T)： 介质中质点有振动 方向与波的传播 方向互相垂直的波。 当介质表面受到交变应力作用产生 (3) 表面波R： 沿 介质表面传播的波。 (4 )兰姆波 2 根据波阵面的形状分类 （1）平面波: 波阵面为互相平行的平面的波。 表达式： (2) 球面波:
p A cos( ωt kx )
波阵面为同心球面的波
纵波特点：具有交替出现的疏部和密部
横波特点
A 表达式： p cos(ωt kx ) r
(3) 柱面波： 波阵面为同轴圆柱面的波
A cos(ωt kx ) 表达式： p r
(4) 活塞波 3 按振动的持续时间分类 (1 ) 连续波: 波源持续不断地振动所幅射的波 (2 ) 脉冲波: 波振源作瞬态振动所幅射的波
P P P0 ( )ρ0 dρ ρ
dρ ρ ρ0
2
p C ρ1
P C ρ
2
P 2 ρ1 ——状态方程 …① C t t
P p ( ) ρ 0 ρ1 ρ
C ——为声速
(二)连续性方程(ρ 和μ 的关系)
ρ1 ——连续性方程 …② (ρμ ) t
从而可看出10MHZ的分辨率比1MHZ的分辨率要高出一个 数量级。
结论：在超声检测中,为了提高分辨率力,Qm应尽量提高 探测频率。但Qm低会使幅射能量减小，检测灵敏度降 低,故应根据探伤灵敏度和分辨率综合考虑适当选择Qm， 选择适当的Qm晶片和适当和β 值（β =Rm/2m，由阻尼 吸声层决定）。
超声波检测的物理基础
周期、频率、波长、波速为四个特征量。
令波在一个周期T内所传播的路程为波长，用λ 表示。根据频率f和波速C的 定义，四者关系如下：
C=fλ =λ /T
(1-4)
波动每传播一个波长，波的相位就变化ω λ /C=2π，也即相隔整数倍波
长的各点是作同相位振动的。令k=ω /c=2π/λ ，k称为波数，描述波动的常
2 t T
弹簧振子受力振动后，振子Q离开平衡位置位移量X随时间 t的变化规律可由下列余弦函数（或正弦函数）描述：
X=Acos（2πt/T+φ）
或 X=Acos (ωt+φ)=Asin (ωt+φ+ π/2)
（1-2）
式中，X为t时刻振子Q离开平衡位置的距离；
A为振幅，表示振子Q在振动过程中的最大位移量；
钢板、锻件探伤
横波 振动方向垂直于播向 固体介质
焊缝、钢管探伤
表面波 质点椭圆运动，
长轴垂直播向
固体介质
钢管、薄板探伤
短轴平行播向
板波 对称(S)型
上下表面：椭圆运动
中心：纵向振动
固体介质(波长薄板)薄板薄壁管探伤
非对称(A)型上下表面：椭圆运动 中心：横向振动
主要特征量
质点振动方向与波动传播方向相互垂直的波型称为横波。当固体弹性介质 受到交变的剪切应力作用时，产生剪切变形，介质质点就会产生相应的横 向振动，质点的振动方向与波动的传播方向垂直，这种波型称为横波。因 横波是在剪切应力作用下产生的，故也称剪切波或切变波，用S表示。
横波S
图2.2.2
质 点 振 动 方 向
球面波
2.超声波检测物理基础
具有的速度使其继续向左运动，同时，由于受到弹簧所给的指向
平衡位置的力而使速度减慢直至到达最远点(A/)。此时，质点又
在弹簧恢复力的作用下，向右作上述相同的运动直至到达A点。
如此，质点回到了其初始状态，假设整个系统不存在任何阻力，
质点将不断的重复上述的整个运动过程。质点完成这样一个完整
运动的过程称为一个循环或称为一次“全振动”。质点的这种运
3．波长（λ）
波经过一个完整周期所传播的距离称为波长，常用λ表示，单位为米（m） 或毫米（mm）。波源或介质中任一质点完成一次全振动，波正好前进一个波 长的距离。波长也可定义为：在波动过程中, 同一波线上相邻两振动相位相同的 质点间的距离即为波长，由此可知，波的传播方向上相隔波长的整数倍的质点 振动相位总是相同的，故两个相邻波峰（或两个相邻波谷）之间的距离正好是 一个波长，如图2-5所示。
衍射和散射的现象。所谓衍射现象，是指声波绕过障碍物的边缘而
向后传播的现象。散射则通常指声波遇到障碍物后不再向特定方向
而是向各个不同方向发射声波的现象
16
②影响衍射和散射现象的因素
如果障碍物为有限尺寸但比超声波的波长大得多时(Df＞＞λ)，
且障碍物的声阻抗与周围介质差异很大，则入射至障碍物面积上的 声波几乎全部被反射，从而在障碍物后面形成一个声影区。但是， 声影区的大小并不是被障碍物遮挡的全部区域，当平面波遇到反射 界面的边缘时，如靠近疲劳裂纹的末端，则可以将边缘看作一直线 声源，从边角处发出柱面波。这样，声波可以绕过障碍物的边缘向 它的后面传播，这种现象就是衍射现象。衍射是一些基本概念的基 础,如探头发出的声束的扩散(指向性) 、近场、受波长限制的缺陷检 测灵敏度等，并且是使用双探头方法来确定裂纹高度的原理。
第1章 超声检测的物理基础
➢ 声源：点状球体。
➢ 波动方程： y A cos（t x）
x
c
（1－6）
➢ 质点的振幅与距声源的距离成反比。
• 柱面波：波阵面为同轴圆柱面的波。
➢ 波源：一无限长的线状直柱。
➢ 波动方程：
y
A cos（t x）
x
c
（1－7）
➢ 质点的振幅与距柱状声源的距离平方根成反比。
• 活塞波：有限尺寸的平面的声源产生的波形，不是单纯的 平面波或球面波。
➢ 声源：一个有限尺寸的平面，声源上各质点作相同频率、 相位和振幅的谐振动。
• 瑞利波：表面波的一种，是在半无限大固体介质与气体或液 体的交界面上产生，并沿界面传播。
➢ 瑞利波传播时，质点沿椭圆轨迹振动，是纵向运动和 横向运动的合成，椭圆长轴垂直于波的传播方向，短 轴平行于波的传播方向。
➢ 瑞利波传播时随穿透深度增加，质点振动能量下降很 快，穿透深度约为一个波长。
➢ 瑞利波可以沿圆滑曲面（R＞5 λ）传播而没有反射。
一个而波阵面可以有任意多个。 • 根据波阵面的形状（波形），将波动分为平面波、柱面波和
球面波等。
• 平面波：波阵面为相互平行平面的波。
➢ 声源：一个作谐振动的无限大平面。
➢ 波动方程： y Acos（t x）
c
（1－5）
➢ 不考虑介质所吸收的波的能量，质点振动幅度不随距声 源的距离而变化。
• 球面波：波阵面是以声源为中心的同心球面的波。
• 兰姆波：由倾斜入射到薄板中的声波产生的沿薄板延伸方 向传播的一种波型。
➢ 兰姆波传播时，整个板厚内的质点均产生振动，质点振 动方式是纵向振动与横向振动的合成，在不同深度层面 上质点振动幅度和方向是变化的。
超声波物理基础
第五节 波速
声波在介质中传播的速度称为波速，又称声速。波速的大小取决于波型和传播介 质特性，其一般表达式为：
波速＝ 弹性率 / 密度＝K E （1—14）
式中：E——正弹性模量；ρ——介质密度；K——与材料泊松比ζ有关的常数。 一、液体的纵波波速 如前所述，液体介质只能传播纵波，其纵波波速为：
y
A x
1 2
cost kx
（1-5）
第三节 声波的波动特性
一、波的叠加
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是各 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。几 列波相遇后仍保持自己原有的频率、波长、振动方向等特性并按原来的传播方向 继续前进，好象在各自的途中没有遇到其他波一样，这就是波的迭加原理，又称 波的独立性原理。 波的迭加现象可以从许多事实观察到，如两石子落水，可以看到两个以石子入水 处为中心的圆形水波的迭加情况和相遇后的传播情况。又如乐队合奏或几个人谈 话，人们可以分辨出各种乐器和各人的声音，这些都可以说明波传播的独立性。 当两个频率相同，振动方向相同、相位相同或相位差恒定的波在介质某点相遇后， 会使一些点处的振动始终加强，而在另一些点处的振动始终减弱或完全抵消，这 种现象称为波的干涉。这两束波称为相干波，波源称为相干波源。
一、波的类型 纵波：介质中质点振动方向与波的传播方向一致的波，一般用L表示， 图1—7。
图1—7 纵波
横波：介质中质点振动方向与波的传播方向向垂直的波，一般用S表 示，图1—8。
图1—8
表面波：当固体弹性介质表面受到交替变化的表面张力作用时，介质表面的质点 就产生相应纵向振动和横向振动，其结果导致质点作这两种振动的合成振动，即 绕其平衡位置作椭圆轨迹的振动，这种振动的传播形成表面波，是一种沿固体表 面传播的波。图1—9。由于液体和气体不能产生剪切应变，故不能传播横波和表 面波，只能传播纵波
超声检测-基本原理
超声波物理基础
传播规律
① 异质界面的垂直入射：当声波从一种介质 （A）进入另一种介质（B）时，传播特性产生变化。 声波在两种不同介质的结合面（界面）上可分为反 射声波与透射声波两种。反射和透射声波的比例， 与组成界面的两种介质声阻抗有关。
超声波物理基础
当入射介质（A）的声阻抗等于或近似另一介质 （B）的声阻抗时，不产生或基本不产生反射波，所 以当超声波垂直入射到两种声阻抗差很小的介质组 成的界面时，几乎全透射，无反射。因此在焊缝探 伤中，若母材与焊缝金属结合面没有任何缺陷，是 不会产生界面回波，这是直探头探伤的原理。
超声波是由压电晶片的逆压电效应产生的。 探伤使用的超声波频率一般为0.5～10MHz，
其中以2～5MHz最为常用。
超声波物理基础
超声波的性质
1、超声波具有良好的指向性； 2、超声波能在弹性介质中传播，不能在
真空中传播； 3、异质界面上的透射、反射、折射和波形
转换 ； 4、具有可穿透物质和在物质中有衰减的
钢结构焊缝超声检测 基本原理
目录
第一章 超声波物理基础 第二章 检测设备与器材 第三章 探伤方法 第四章 检测技术 第五章 超声波检测的优点与局限性
第一章 超声波物理基础
超声波物理基础
什么是超声波
超声波是声波的一种，是机械振动在弹 性介质中传播而形成的波动，通常以其波动 频率 f 和人的可闻频率加以区分超声波与其 它声波种类：
第二章 检测设备与器材
检测设备及器材 超声波探伤仪
检测设备及器材
超声波探伤仪有多种分类方式：
按超声波的连续性可分为脉冲波探伤仪、连续 波探伤仪、调频波探伤仪；按仪器的信号处理方式 可分为模拟型探伤仪和数字型探伤仪；按缺陷显示 方式分为A型显示、B型显示、C型显示和3D型显示 超声波探伤仪，按超声波的通道数目分为单通道和 多通道探伤仪两种。
超声波检测的必备物理基础
超声波检测的物理基础超声波的性质机械振动波声波：人耳能感受到，频率范围为16Hz~2KHz。
次声波：人耳不能感受到，频率低于16Hz。
超声波：人耳不能感受到，频率高于2KHz。
超声波的实质是以应力波的形式传递振动能量。
超声波传递的必要条件：机械振动源和能传递机械振动的弹性介质（实际上包括了几乎所有的气体、液体和固体）。
机械振动波与电磁波的区别：电磁波是以光速在空间传播的交变电磁场，可以在真空中传播；机械振动波不能在真空中传播。
超声波的主要特性：1）波长短、沿直线传播（在许多场合可应用几何声学关系进行分析研究）、指向性好，可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。
2）可传递很强的能量，穿透力强。
3）在介质中的传播特性包括反射与折射、衍射与散射、衰减、声速、干涉、叠加和共振等多种变化，其振动模式可以改变（波型转换）。
4）在液体介质中传播并达到一定的声功率时，可在液体中产生“空化现象”。
超声波的传播速度、波长与频率的关系超声波在介质中的传播速度C（与介质、波型等有关）、振动频率f（单位时间内完成全振动的次数，以每秒一次为1个赫兹，表示符号为Hz）和超声波的波长λ（超声波完成一次全振动时所传递的距离，或者说相同相位的相邻点之间的距离）三者有如下关系：C=λ·f，式中：λ为波长（m），f为频率（Hz），C为声速（m/s）。
这是一个数学量的关系式，不能认为增高频率或者加大波长就能增大声速，因为在不同介质中以及不同的超声波波型具有不同的传播速度，例如在同一材料钢或铝中，横波、纵波、瑞利波的声速差异有：钢：c s≈0.55c L；c R≈0.92c s；铝：c s≈0.49c L；c R≈0.93c s；式中：c L为纵波速度，c s为横波速度，c R为瑞利波速度。
超声波在介质中传播是通过质点振动实现的，在超声波传播时，介质质点在其平衡位置上往返振动的速度，即质点自身的振动位移速度，是质点振速，远小于超声波在介质中的传播速度即声速，质点振速与声速是两个完全不同的概念，声波传播不是把在平衡位置附近振动的质点传走而是把它的振动能量传走。
【超声二级取证】第2章超声检测的物理基础
a. 当超声波脉冲宽度相对于薄层较窄时，薄层两侧的各次反射波、 透射波互不干涉； b. 当超声波脉冲宽度相对于薄层较宽时，薄层两侧的各次反射波、 透射波就会互相叠加产生干涉。 • 超声波通过异质薄层的声压反射率和透射率与介质的声阻抗和 薄层声阻抗，以及薄层厚度同其波长之比d2/λ2有关。
1. 均匀介质中的异质薄层（Z1＝Z2≠Z3） 材料中存在的平面状缺陷，如：裂纹、分层、夹杂等。
﹡ 4. 惠更斯原理： 介质中波动传播到的任一点都可以 看作是发射子波的波源，在其后任意时 刻这些子波的包迹就是新的波阵面。 利用惠更斯原理，可以确定波前的 几何形状和波的传播方向。 ﹡ 5. 波的散射和衍射 • 衍射：波绕过障碍物的边缘向后传播的现象。 • 散射：通常是指声波遇到障碍物后不再向特定方向而是向各个 不同方向发射声波的现象。 波的衍射和障碍物尺寸D f 及波长λ的相对大小关系： D f＜＜λ，波的绕射强，反射弱，缺陷回波很低； D f＞＞λ，波的反射强，绕射弱，声波几乎全反射。 因此，超声检测灵敏度约为λ/2。
（1－4）
1.2 超声波 1.2.1 超声波的定义 引起听觉的机械波频率范围： 20Hz~20kHz 超声波：频率范围大于 20kHz的机械波 1.2.1 超声波的分类 1. 超声波的波型 纵波（疏密波、压缩波） 横波（剪切波） 表面波（瑞利波） 爬波（临界折射纵波） 兰姆波（自由界面板波） 管中导波
（1—21）
T＋R＝1
t － r＝ 1
• 超声波垂直入射到平界面上时，界面两侧介质声阻抗的差异 决定着反射能量和透射能量的比例。 • 差异越大，反射声能越大，透射声能越小。例：钢与空气的 界面、两侧介质的声阻抗非常接近的情况。 • 例：水/钢界面的反射、透射关系： ① 超声波从钢射向水的情况；
超声物理基础及图像基础.pptx
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（四）超声波的三个基本物理量
1、超声波的振态
超声波的振态在固体中有纵波 、横波 和表面波三种，而在液体和气
体中只有纵波振态，在超声诊断中应用的是超声纵波。
2、超声波的三个基本物理量
超声波有三个基本物理量，即波长（wave length,λ）,频率（f）和
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2、波长与介质的关系
（1）同一介质 不同频率的超声波，在同一介质内传播时其波长与频率成反比。 1MHz 的 超 声 波 在 人 体 软 组 织 中 传 播 时 ， 其 波 长 为 1.5mm 。 3MHz 的 超 声 波 在 人 体 软 组 织 中 传 播 时 ， 其 波 长 为 0.5mm 。 5MHz 的 超 声 波 在 人 体 软 组 织 中 传 播 时 ， 其 波 长 为 0.3mm ，
标志反向散射的数量和定量参数称为反向散射系数μb，定义为：
μb = 从组织中反向散射的能量
4）
(参考能量) (立体角) (距离)
（1-1-
式中：参考能量等于脉冲的总能量。
所以超声成像的回声来源是：超声波的背向散射及镜面反射。
3．红细胞散射 在研究红细胞运动规律时，反向散射（Back
scattering）是极有用的超声信息。
（a）传播声波的媒质（介 质）的分子 (b) 波长为λ的平面连续 压缩波的压力分布
图1-1-2质点振动传播声波
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(五) 声速、波长与介质的关系
1、声速与介质的关系
（1）.同一介质 不同频率的探头在同一介质中传播时声速基本相同。所以 用不同频率的探头检查肝脏时，声速基本相同。
第一章 超声波探伤的物理基础
第一章超声波探伤的物理基础By adan超声波探伤是目前应用最广泛的无损探伤方法之一。
超声波是一种机械波，机械振动与波动是超声波探伤的物理基础。
超声波探伤中，主要涉及到几何声学和物理声学中的一些基本定律和概念。
如几何声学中的反射、折射定律及波型转换，物理声学中波的叠加、干涉、绕射及惠更斯原理等。
深入理解几何声学和物理声学中的有关概念，掌握其中的基本定律，对于灵活运用超声波理论去解决实际探伤中的各种问题无疑是十分有益的。
第一节振动与波宇宙间的一切物质，大至宏观天体，小至微观粒子都处于一定的运动状态，振动和波动是物质运动的基本形式一、振动1．振动的一般概念物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动，称为机械振动。
日常生活中到处可以见到振动现象，如弹簧振子的运动、钟摆的运动和汽缸中活塞运动等都是可以直接觉察到的振动现象。
另外，如固体分子的热运动，一切发声物体的运动以及超声波波源的运动等则是人们难以觉察到的振动现象。
物体(或质点)受到一定力的作用，将离开平衡位置，产生一个位移，该力消失后，它将回到其平衡位置；并且还要越过平衡位置移到相反方向的最大位移位置，然后返回平衡位置。
这样一个完整运动过程称为一个“循环”或叫一次“全振动”。
振动是，往复、周期性的运动，振动的快慢常用振动周期和振动频率两个物理量来描述。
周期T——振动物体完成一次全振动所需要的时间，称为振动周期，用T表示。
常用单位为秒(s)。
频率f——振动物体在单位时间内完成全振动的次数，称为振动频率，用f表示。
常用单位为赫兹(H s)，1赫兹表示1秒钟内完成全振动，即1H s=1次/秒。
此外还有千赫(KH z),兆赫(MH z)。
1kH z=103H z,1MH z由周期和频率的定义可知，二者互为倒数(1.1)如某人说话的频率f=1000H z，表示其声带振动为1000次/秒，声带振动周期T=1/f=1/1000=0.001秒。
2.谐振动最简单最基本的直线强动称为谐振动。
超声诊断的物理基础
超声诊断的物理基础超声诊断是一种通过利用超声波在人体组织内的传播和反射特性，来获取人体结构和病变信息的无创检查方法。
超声波是一种机械波，具有高频率、短波长和强穿透力的特点，被广泛应用于临床医学领域。
超声波的物理特性为超声诊断提供了基础。
首先，超声波的频率决定了它在人体组织中的传播速度。
一般来说，超声波在软组织中的传播速度约为1540米/秒。
不同组织的声速略有差异，这也是超声诊断中可以区分不同组织结构的原因之一。
超声波的传播和反射特性使得超声诊断成为一种无创的检查方法。
超声波在人体组织中传播时，会遇到不同组织的界面，如肌肉和骨骼之间的交界处。
当超声波遇到这些界面时，会发生反射和折射，一部分能量被反射回来形成回波，另一部分能量继续传播。
通过接收回波信号，超声设备可以计算出声波从发射到接收的时间，从而确定声波传播的距离。
超声波的反射特性也使得超声诊断可以观察到人体内部的结构和病变。
不同组织对超声波的反射能力不同，这取决于组织的声阻抗差异。
声阻抗是指声波在穿过介质界面时遇到的阻力，它与介质的密度和声速有关。
当声波从一个组织进入另一个组织时，如果两者的声阻抗差异大，则会发生明显的反射。
这样，超声波就可以探测到组织的边界和病变部位。
超声波的频率也决定了它的穿透能力和分辨率。
低频超声波能够穿透较深的组织，但分辨率相对较低，无法清晰地显示细小结构。
高频超声波则能够提供更高的分辨率，但穿透能力相对较弱。
因此，在超声诊断中，医生需要根据不同情况选择适当的频率，以获得较好的图像质量。
超声波的多次反射和散射也会影响超声图像的质量。
当声波在组织中传播时，会受到散射和吸收的影响，导致声波的能量逐渐减弱。
这也是为什么超声波不能穿透骨骼和气体的原因，因为它们对超声波的传播具有较强的散射和吸收能力。
超声诊断是一种基于超声波的无创检查方法，其物理基础包括超声波的频率、传播速度、反射特性和穿透能力等。
通过利用超声波在人体组织内的传播和反射特性，超声诊断可以获取人体结构和病变信息，为临床医学提供重要的辅助诊断手段。