超声物理基础分解

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超声检测物理基础第二章4

可求得：
3
g 8g 8(3 2q) g 16(q 1) 0
2
第三节
表面波和导波
方程的求解：泊松比的值在0-0.5之间，q在0.5-1 之间，方程可求得三个实根：两个大于 1，一个小于1。
cr g cs
对于钢，
0.29
cr 0.919cs
第三节
表面波和导波
1 qg 1 g
2 0.8 48 r 2 0.3 96 r
表面波的衰减特性
2 1 qg c r r 2 1 g cr r
1 对于玻璃，q 3 当 x r
g 0.845
x
e
x
第三节
表面波和导波
(q 2 k 2 ) 2 tan( qd ) 2 tan( pd ) 4k pq
非对称模式
使板在厚度方向弯曲
第三节
表面波和导波
板波的特点： 1.多模式－频率方程有多解存在多个传播模式 2.声色散速度随板厚和频率变化的现象板波的速度相速度：单一频率的波在波导中的速度
预备知识
标量场的梯度
矢量分析知识
grad ex ey ez x x x 梯度用哈密顿微分算子的表达式为
grad
矢量场的散度 x y z
x y z
div
预备知识
矢量场的旋度
矢量分析知识
xБайду номын сангаас
第三节设
表面波和导波
cs 2 1 2 q( ) cl 2(1 )
1 qg cr 1 g cr

超声物理基础及图像基础.pptx

40-100MHz 用于生物显微镜成像，对眼活组织表面下的显微诊断。
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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
5
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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。

超声检测物理基础第二章2

xx
yy ,
v u xy yx x y u w xz zx z x w v zy yz y z v u 2 z x y u w 2 y z x w v 2 x y z
第二章
超声检测的物理基础
Txx
小体积元运动分析作用在小体元上X轴的合力为
Txx Tyx Tzx Fx ( )dxdydz x y z

根据牛顿第二定律可建立小体元在x方向的运动方程 u T T
2 xx
Txx Txx dx x
t 2
x
Tzx y z
第二章
1.应变
超声检测的物理基础
某一点A ,坐标为（x,y,z）相邻点C，坐标为（x+dx,y+dy,z+dz) 固体产生变形时， A点产生位移，变为 A 位移为(u,v,w) A C点变为 C 位移为（u+du,v+dv,w+dw)。两点之间的位移差为： A (du,dv,dw)
C
Txx ( xx yy zz ) 2 xx 2 xx T ( ) 2 2 xx yy zz yy yy yy Tzz ( xx yy zz ) 2 zz 2 zz Tyz yz Txy xy Tzx zx
拉梅系数与弹性模量和拍松比的关系一般材料中常用杨氏模量E 和泊松比表示弹性性质 T
E
xx
Txx
xz
xx yy
Txy
Txx
杨氏模量（弹性模量）
E (1 )(1 2 )
E 2(1 )

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。

超声波探伤的物理基础——(第八节超声波的衰减)

第一章超声波探伤的物理基础第八节超声波的衰减超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，其声能量逐渐减弱的现象叫做超声波的衰减。

在均匀介质中，超声波的衰减与传播距离之间有一定的比例关系，而不均匀介质散射引来的衰减情况就比较复杂。

一、产生衰减的原因凡影响介质质点振动的因素均能引起衰减。

从理论上讲，产生衰减的原因主要有以下三个方面：1. 由声束扩散引起的衰减超声波传播时，随着传播距离的增大，非平面波声束不断扩散，声束截面增大，因此，单位面积上的声能(或声压)大为下降，这种扩散衰减与传播波形和传播距离有关，而与传播介质无关。

对于球面波，声强与传播距离的平方成反比，即2X 1I α，声压与传播距离成反比，即X1P α。

对于柱面波，声强与传播距离成反比，声压与传播距离的平方根成反比，即X 1P α。

对于平面波，声强，声压不随传播距离的变化而变化，不存在扩散衰减。

当波形确定后，扩散衰减只与超声波传播距离(声程)有关。

扩散衰减是造成不同声程上相同形状和尺寸反射体回波高度不等的原因之一，这在声压方程中已经解决。

2. 由散射引起的衰减超声波传播过程中遇到不同声阻抗的介质所组成的界面时，会产生散乱反射，声能分散，造成散射衰减。

固体中尤以多晶体金属的非均匀性(如杂质、粗晶、内应力、第二相等)引起的散射衰减最为明显。

多晶体晶界会引起超声波的反射和折射，甚至伴有波型转换，这种散射也可称作瑞利散射。

散射衰减随超声波频率的增高而增大，且横波引起的衰减大于纵波。

3. 由吸收引起的衰减质点离开自己的平衡位置产生振动时，必须克服介质质点间的粘滞力(和内摩擦力)而做功，从而造成声能损耗，这部分损耗的声能也将转换成热能。

在超声波传播过程中，这种由于介质的粘滞吸收而将声能转换成热能，从而使声能减少的现象称为粘滞吸收衰减。

在超声波探伤中它并不占主要地位。

二、衰减规律和衰减系数超声波在不同介质中的衰减情况常用衰减系数加以定量表示。

超声波传播过程中的衰减规律与其波形有关。

超声基础-物理基础

物理基础第一节声波的定义及分类一、定义物体的机械性振动在具有质点和弹性的媒介中的传播现象称为波动，而引起听觉器官有声音感觉的波动则称为声波。

根据声波的传导方向与介质的的振动方向的关系，声波有纵波和横波之分。

二、横波所谓横波是指介质中的质点都垂直于传播方向运动的波。

人体的骨骼中，不但传播纵波，还传播横波。

三、纵波即介质中质点沿传播方向运动的波。

在纵波通过的区域内，介质各点发生周期性的疏密变化，因此纵波是胀缩波。

理想流体(气体和液体)中声振动传播方向与质点振动方向是平行的，只存在于纵波。

人体中含水70—80％，故除骨路、肺部以外软组织中的声速和密度均接近于水。

目前医用超声的研究和应用主要是纵波传播方式。

第二节超声显像物理基础一、超声波基本物理量1、超声波是声源振动的频率大于20000 Hz的声波。

2、超声波有三个基本物理量，即频率（f），波长（λ），声速（c），它们的关系是：c=f·λ或λ=c/f，传播超声波的媒介物质叫做介质，不同频率的超声波在相同介质中传播时，声速基本相同。

3、相同频率的超声波在不同介质中传播，声速不相同，人体软组织中超声波速度总体差异约为5％。

因此目前医用超声仪一般将软组织声速的平均值定为1541m/s。

通过该声速可测量软组织的厚度，由于目前超声仪所采用的是脉冲回声法，故该回声测距的公式是：t组织厚度=Ｃ·───2利用超声方法进行测距的误差也是5％左右。

4、声阻抗是用来表示介质传播超声波能力的一个重要的物理量，其数值的大小由介质密度ρ与声波在该介质中的传播速度c的乘积所决定，即：Z=ρ·c单位为Kg／m2·s。

5．临床常用的超声频率在2～10 MHz之间。

二、超声波的物理性能l、超声波在介质中传播时，遇到不同声阻的分界面且界面厚度远大于波长，会产生反射，反射的能量由反射系数R I=〔（Z2-Z1）/（Z2+Z1）〕2决定。

Z1、Z2为两种介质的特性声阻抗，Z=ρ·c (密度·声速）当Z1=Z2，为均匀介质，则RI＝0，无反射。

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

超声检测物理基础第二章1

第二章
超声检测的物理基础
2、描述波动的物理量波长:沿波的传播方向,两个相邻的、相位差为 2 的振动质点之间的距离，即一个完整 y 波形的长度。A
O A

x
第二章
超声检测的物理基础
频率: 任一给定点在单位时间内所通过的完整波的个数, 单位：Hz 波的频率是由波源决定的波速:波在单位时间内所传播的距离
第二章
超声检测的物理基础
按介质形状分类 1 体波横波纵波 2 表面波－瑞利波 3 导波分管中导波和板中导波板中导波－板波 Lamb波
第一章
超声检测的物理基础
表面波（瑞利波）介质表面受到交变应力作用时，产生沿着固体表面传播的具有纵波和横波的双重性质的波。表面质点的运动轨迹为椭圆振幅随深度的增加迅速减少用于发现表面缺陷
c f
波速只取决于介质的性质
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第二章
超声检测的物理基础
波按频率分类：次声波：频率小于20Hz 声波：20－20000Hz 超声波：20000Hz以上超声波的特点具有良好的方向性能量高在界面处产生反射、折射和波型转换穿透力强
第二章
超声检测的物理基础
超声波的应用医学上：疾病的诊断和治疗机械加工：玻璃，金刚石等材料的加工焊接：塑料的焊接材料检测和性能测试
第一章
超声检测的物理基础
地震波
地震发生时，震源区的介质发生急速的破裂和运动，这种扰动构成一个波源。由于地球介质的连续性，这种波动就向地球内部及表层各处传播开去，形成了连续介质中的弹性波。
由三部分组成：纵波、横波、表面波
第二章超声检测的物理基础按波的形状分类波的形状是指波阵面的形状。波阵面：同一时刻，振动相位相同所有点联成的面。波前：某一时刻，波动所到达的空间各点所联成的面。波线：波的传播方向 1 平面波 2 球面波 * 3 柱面波

超声基础知识ppt课件

换能器监视器
超声的模式
Line 1 Line 2 Line 3 Line 4 Line 5 Line 6 Line 7 Line 8
Line
1 2 3 4 5 6 7 8
3. M模式： M模式中的M表示运动，M模式通过B模式图象来显示一个取样线，然后在以时间为轴线的波形图上表示其运动状态。通常M模式用于检测心脏及胎儿的心率。 Transducer Transducer Transducer Transducer
•
•
电子扫描方式
探头的许多基元通过电子控制产生扫描波束并且通过延时线对波束进行聚焦。
－线阵：用于小器官、血管及术中。－凸阵：也称弯曲线阵，与线阵的区别在于基元是弯曲的。用于腹部和妇产科。特点： • 孔径大 • 近场视野宽 • 旁瓣影响小特点： • 近、远场视野宽
－相控阵：相控阵方式是通过连续变换延时线来得到产生超声波束的不同角度。主要用于心脏。
记录设备
探头
DSC
数字扫描转换器
录像机
打印机
彩色打印机
存储
硬盘、磁光盘图象档案管理
1. 聚焦
名词解释
透镜
聚焦
发散
许多超声设备都有调整聚焦的功能，对感兴趣的区域进行聚焦，从而使图象分辨率更高，图象更清晰。
超声系统的几种聚焦方式：－只在发射端聚焦（接收端：自动聚焦）：保持较高的帧频－发射和接收端聚焦：可使图象质量更好，但是帧频很低常用的聚焦方式：分段聚焦；动态聚焦；连续动态聚焦(CDF）动态接收聚焦
• 压电效应：是指具有压电特性的材料(陶瓷、石英)
在受到外界压力后，在其受压端面产生电压；在其端面施加交变电信号时，其端面会产生机械振动，发出声波。

超声成像的物理原理超声成像的物理基础

1、基本分辨力
（1）轴向分辨力（axial resolution)
沿声束轴线方向的分辨力。轴向分辨力的优劣影响靶标在浅深方向的精细度。
1、基本分辨力
（2）侧向分辨力(lateral resolution)
声束轴线垂直的平面上，在探头长轴方向的分辨力。声束越细，侧向分辨力越好。
1、基本分辨力
第一节超声成像的物理基础
二、声源、声束、声场与分辨力
3、近场与远场：
远方为远场区，声束开始扩散，远场区内声强分布均匀。近场区及远场区都有严格的物理定义，它随探头工作频率及探头发射时的有效面积而变化。实用超声仪上near及far 名为近段（程）及远段（程）调节，而非近场区及远场区。
第一节超声成像的物理基础
超声
第一节超声成像的物理基础
一、定义
2．超声诊断：
应用较高频率(1~40MHz,常用2~14MHz)超声，从人体内部获得某几种声学参数的信息后，形成图形(声像图,血流流道图)、曲线（A型振幅曲线， M型心动曲线，流速频谱曲线）或其他数据，用以分析临床
第一节超声成像的物理基础
二、声源、声束、声场与分辨力
1、声源: 能发生超声的物体称为声源（sound source）。
二、声源、声束、声场与分辨力
超声换能器是将电能转换成超声能，同时将也可将超声能转换成电能的一种器件。
二、声源、声束、声场与分辨力超声换能器（transducer）
第一节超声成像的物理基础
二、声源、声束、声场与分辨力
2、声束（sound beam）: 指从声源发出的声波，一般它在一个较小的立体角内传
小结
1、说出超声诊断的定义 2、说出超声传播中频率、

超声物理基础

超声物理基础一、超声波的基本物理量超声波是振动频率大于20000Hz的机械波，产生振动的地方称振源，传播声波的媒介物质称为介质。

临床常用的超声频率范围在2~12MHz之间，最常用的是3.5MHz或3.75MHz。

C=f·λ或λ=C/f A 振幅人体软组织平均声速为1540m/s,探测1cm深度目标所需时间为13μs。

人体软组织中声速总体差异约为5%。

二、超声波传播特性声波在介质中传播时，有声能占据的空间，叫做声场。

多振子探头的声场分布呈“花瓣”状，能量最集中区为“主瓣”，主瓣越窄越强越好。

副瓣在声束扫描时会产生伪像。

口径大于波长的振源产生的振动在均匀介质传播时，在L=γ2/λ范围内以平面波方式传播，L称为近场长度，在L以远则以θ角扩散，表现为球面波，θ角称为不扩散角。

Σ·nθ=0.61λ/r声阻抗=Ζ（ρ·c）不相同的介质称为不均质，只要有0.1%的差异，就可以检测出。

界面的反射与折射反射系数R I=[Ζ2-Ζ1/Ζ2+Ζ1]2垂直入射界面时，反射最强。

从第一介质进入第二介质，产生方向改变的传播称为折射。

当障碍物的直径和波长相当时，超声波将绕过该障碍物而继续前进，这种现象称为衍射。

波长越短发现障碍物越小，显现力越好。

理论分辨力为λ/2。

当目标小于小于波长时，产生瑞利散射，红细胞是一种散射体，红细胞数量越多，后向散射强度就越大。

超声波在介质中传播时，随着距离增加，声能随之减弱，这就是衰减。

衰减的原因：吸收衰减波束扩散散射STC（TGC）的作用是补偿声能的衰减，使深部图像也清楚。

空间峰值时间平均声强I spta<100mW/cm2真实声束声强I cd<20mW/cm2三、超声多普勒效应(一)基本公式f d=f R-f o=（2V·f o cosθ）/C一般在音频范围V=C·f d /2f o·cosθC=1540m/s(1)V ∝f d(2)V=常数和cosθ=常数时f d∝f o低速血流选高频(3)当f d和cosθ为常量时 V∝1/ f o高速血流选低频(4)当V，f o恒定时f d∝cosθθ→0或(180°)f d最大θ→90°或(270°）f d=0(二)用途：测量血流速度，确定血流方向，确定血流性质（层流、射流、湍流）以及相关的血流参数。

超声波检测的物理基础

超声波检测的物理基础（一）
超声波检测的物理基础（一）
2 描述振动的特征量（物理学描述）
（1）振幅（A）---从平衡位置到振动最大位移之间的距离。（2）周期（T）---质点完成一次全振动所需要的时间。（3）频率（f）----质点在单位时间内完成全振动的次数。按照以上的定义，容易看出：频率与周期是互为倒数的，即：
（2）声阻抗通常用字母Z表示。（3）Z的单位为：（4）声阻抗能直接表示介质的声学性质。
超声波检测的物理基础（二）
3 声强声强是能量的概念。（1）定义：在垂直于声波传播方向上，单位面积上在单位时间内所通过的声能量称为声强度，简称声强（或声的能流密度）。（2）声强通常用字母I表示。（3）I的单位为：
引申问题：超声波以5900m/s的速度在厚度为29.5mm厚的钢板中传播，问超声波穿过钢板需要多少时间？若仪器横坐
标每格代表时间1 μ s，那么，第一次底面回波出现在何处？
超声波检测的物理基础（二）
二、超声场的特征量
有超声波存在的空间叫做超声场。 1 声压----力学量（1）定义：在有声波传播的介质中，某一点在某一瞬间所具有的压强与没有声波存在时该点的静压强之差称为声压。（2）声压的单位是帕斯卡（Pa）。（3）声压通常用符号P表示。（4）声压是个交变量，可写成，在实用上，比较二个超声波并不需要对每个时间t进行比较，只须用其幅度作比较。因此，通常就把声压幅度简称声压。
6振动和波动方程
振动方程：y=A•cos(wt+ Φ)
o
波动方程：y=A•cos[w(t-x/u) + Φ]
y
超声波检测的物理基础（一）
超声波检测的物理基础（一）
二、超声波的波型

超声基础原理

一、超声的物理基础
2、波长与介质的关系：、波长与介质的关系：的关系
a. 同一介质: 不同频率的超声波，传播时期波长与频率成反比。所以频率越高的超声波在同一脏器组织中传播其波长越短。 b. 不同介质: 同一频率、不同介质，其传播声速不同，波长也不相同。
一、超声的物理基础
3、介质的特性阻抗：介质的特性阻抗等于他的、
如不发生界面反射就得不到需要诊断的信息，但反射太强，所剩余的超声能量太强，则影响进入第二、第三……层介质中去的超声能量，得不到所期待的诊断结果。
一、超声的物理基础
5、界面反射是超声波诊断的基础！！！、
超声波能量
吸收
反射
热能
散射
其它散射镜面反射背面散射
图像信息
一、超声的物理基础
6、几个术语：、几个术语：
• 生物组织的衰减系数与频率成正比。
一、超声的物理基础
7、超声的物理和化学作用：、超声的物理和化学作用：
室化作用 --- 是指在液体中产生强超声时会出现一种类似雾状的气泡此现象称为超声室化作用。热作用:
化学作用 --- 氧化还原
超声诊断物理学依据
超声通过不同声阻抗的介质，即可在其交界面上产生反射，B型超声以光点大小辉度亮暗表示，声阻抗相差越大，则反射越强，声阻抗界面越多，则反射回波多，光点密。人体各种组织声阻抗皆有所不同，故回声反射亦不同，脏器与脏器之间，正常组织与病理组织间、不同病理组织、声阻抗皆有不同程度差异，从而构成多种界面，形成亮暗不等，粗细不等，疏密不等的多种反射光点，据此构成脏器断面大体形态及内部结构解剖图，及占位病变形态、大小、部位等图象。声阻抗一致的介面，在正常灵敏度时，皆无反射或呈致密一致的反射。

超声基础知识入门_超声基础知识总结

超声基础知识入门_超声基础知识总结超声基础知识入门_超声基础知识总结超声基础知识总结物理基础基本概念――人耳听觉范围：20-20000HZ 超纵声波频率＞20000HZ――纵波（疏密波）：粒子运动平行于波传播轴；诊断最常用超声频率：2-10MHZ 基本物理量：频率（f）、波长（λ）、声速（c）；三者关系：λ＝c／f 人体软组织的声速平均为1540m/s，与水的声速相近；骨骼的声速最高，相当于软组织平均声速的2倍以上。

超声场：发射超声在介质中传播时其能量所达到的空间；简称声场，又称声束。

声束的影响因素：探头的形状、大小；阵元数及其排列；工作频率（超声的波长）；有无聚焦及聚焦的方式；吸收衰减；反射、折射和散射等。

声束由一个大的主瓣和一些小的旁瓣组成。

超声的成像主要依靠探头发射高度指向性的主瓣并接收回声；旁瓣的反向总有偏差，容易产生伪像。

声场可分为近场和远场两部分（1）近场声束集中，呈圆柱状；直径――探头直径（较粗）；（横断面声能分布不均匀）长度――超声频率和探头半径。

公式：L＝（2r·f）／c L为近场长度， r为振动源半径， f为频率，c为声速（2）远场声束扩散，呈喇叭状；声束扩散角越小，指向性越好。

（横断面声能分布较均匀）声束两侧扩散的角度为扩散角（2θ）；半扩散角（θ）。

超声波指向性优劣指标是近场长度和扩散角。

影像因素：增加超声频率；――近场变断、扩散角变小；增加探头孔径（直径）――但横向分辨率下降。

采用聚焦技术――方法：固定式声透镜聚焦；电子相控阵聚焦；声束聚焦：采用声束聚焦技术，可改善图像的横向和（或）侧向分辨力。

固定式声透镜聚焦――将声透镜贴附在探头表面。

常用于线阵探头、凸阵探头；可提高横向分辨力，但远场仍散焦。

电子相控阵聚焦――（1）利用延迟发射是声束偏转，实现发射聚焦或多点聚焦；可提高侧向分辨力；常用于线阵探头、凸阵探头；（2）动态聚焦：在长轴方向上全程接收聚焦。

（3）利用环阵探头进行环阵相控聚焦；可改善横向、侧向分辨力；（4）其他聚焦技术：如二维多阵元探头。

超声物理基础分解

超声波传播特性
反射
折射
衍射
散射
当超声波从一种介质传播到另外一种介质时，由于声阻抗Z不同，两种介质间形成一个声学界面。若该界面尺寸大于λ，则一部分超声波发生反射，一部分发生折射。两种介质的声阻抗差越大反射就越强。
• 衍射（绕射）：在超声波传播过程中，遇到障碍物的尺寸与1-2倍λ相接近时，声波可绕过这一障碍物边缘向前传播。
• 物体在一定的位置附近作来回往复运动称为机械振动。机械振动在介质中传播形成机械波。波是振动在介质中传播的过程。 • 声波是机械波的一种。当声源振动时，由于介质质点之间的相互作用力，能够由近及远得使介质质点陆续发生振动。由此振动就以一定速度向各个方向传播出去形成声波。波动只是振动状态的传播，介质质点并不随波前进。
人体是一个复杂的介质，各种器官与组织以及在病理状态下都具有特定的声阻抗和衰减特性。因而构成声阻抗上的差别和衰减上的差异。超声波射入体内，由表面到深部，将经过不同声阻抗和不同衰减特性的器官与组织，从而产生不同的反射、散射、衰减。将接收到的回声，根据回声强弱，用明暗不同的光点（灰阶）依次显示在显示器上，则可显出人体的断面超声图像，医学上称之为声像图（sonogram）。
• 凸阵：压电单元排列成一段圆弧，但圆弧半径大于相控阵探头，声像图是介于扇形和矩形间的一个图形。属于低频探头，空间分辨率相对低、穿透能力高，用于腹部扫查。
• 面阵探头：三维容积探头，压电单元排列成一个面，能够获取更多数据而形成三维影像。常用于胎儿、心脏。
超声波图像产生过程
声波产生的条件
声源
能传播振动的介质
介质内各质点振动方向和波的传播方向相互垂直，这种波称为横波。

超声物理基础分解

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超声波探伤的物理基础——(第八节超声波的衰减)

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