超声波的定义及特性优秀PPT

ω = 2πf——角频率
f ——频率
λ——波长
4. 讨论
③、④、⑤式中，第一项x同向波，第二项x反向波， 如无反向波（反射波），则A2=0
P = P0cos(ωt-kx ) = P0cos[ω( t-x/c )] 该式表明：在离声源x处的振动，要在声源振动 的一个时延x/c后才发生。
百度文库
2020年4月28日星期二
（4）c与频率无关，即无频散（色散）现象。
2020年4月28日星期二
16
与超声诊断有关的各种介质的声速
2020年4月28日星期二
17
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
2020年4月28日星期二
5
2020年4月28日星期二
6
二、机械波产生的过程
连续弹性介质中，某一质点的振动，通过弹 性力的作用，传递给与它相邻的质点，后者也振 动，并继续传递……能量传播，形成机械波。
三、超声波的产生及传播
由超声换能器产生振动，引起接触剂的振动， 接触剂的振动又引起人体皮肤、脂肪及内脏的振 动，超声波能量就这样进入了人体。
2020年4月28日星期二
7
第三节 超声波的分类
一、按质点振动方向和波传播方向的关系分类
1. 横波 质点振动方向垂直于波的传播方向的波。 由介质的切变弹性引起，亦称切变波。 横波仅在固体中传播。
2. 纵波 质点振动方向平行于波的传播方向的波。 由介质的压缩弹性引起，亦称疏密波或压缩波。 纵波能在固体、液体和气体中传播。
3. 解的形式
p = f1( x-ct ) + f2( x+ct )
③
2020年4月28日星期二
14
对于简谐平面波可写为：
P = A1e-j (ωt-kx ) + A2e-j(ωt+kx )
④
或： P = A1cos (ωt-kx ) + A2cos(ωt+kx ) ⑤
式中：k = ω/c = 2π/λ——波数
15
二、波参数
1. 声速c
声波在单位时间内传播的距离称声速，用c表示。 声速c与质点振动速度v是不同的。c与以下因素有关：
（1）c与波类型有关。横波c＞纵波c。
（2）在流体与气体介质中（平面纵波）：c B /
B－介质的体积弹性系数 ρ－介质的密度
（3）c与温度有关——因B与温度有关。 如：空气中一定温度内每升高1℃，声速约增加 0.6m/S。
2020年4月28日星期二
18
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。)
2020年4月28日星期二
19
（2）周期T
１．脉冲波 采用机种：A型、M型、B型超声诊断仪， 脉冲波多普勒血流仪。
２．连续波 采用机种：连续波多普勒血流仪。
四、按声波的频率分类（如前述）
１. 次声波 ２．可听声波 ３．超声波
2020年4月28日星期二
12
第四节 波动方程与波参数
一、波动方程
假定：平面声波，沿x方向传播
1. 基本方程
运动方程：
二、声波按频率的分类及医用超声的范围
1. 声波按频率(f)的分类
2020年4月28日星期二
2
简单的分类:
f＜16 Hz
称：次声波
16 Hz≤f≤20 kHz 称：可听声波
f＞20 kHz
称：超声波
2. 医学超声仪的频率范围：200 kHz－40 MHz 3. 超声诊断仪的频率范围： 1 MHz－10 MHz
2. 速度： v＝dξ/dt＝－Aω0 sin(ω0t-φ) ＝－Vm sin(ω0t-φ)
式中：Vm ＝Aω0 ——最大速度 3. 加速度：a＝dv/dt＝－Aω02 cos(ω0t-φ)
＝－B cos(ω0t-φ) 式中：B ＝Aω02 —— 最大加速度 单个质点无阻尼振动：动能、势能转换，能量守恒。
声波传播一个波长距离所需的时间称周期，用T表示。 等于声波中质点在平衡位置往返振动一次所需的时间。
第一章 医学超声学基础
第一节 超声波的定义及特性
波，根据其性质可分为两大类：
波类型 传播条件 传播能量 传播速度
波实例
电磁波 真空、介质 机械波 介质
电磁能 机械能
约3×108 无线电波、光波、
m／s
X、γ射线
几百至几千 水波、地震波、
m／s
声波
2020年4月28日星期二
1
一、声波的定义
弹性介质中质点机械振动状态的传播过程。 其实是机械振动能量的传播过程。
v P
①
t x
连续方程：
P B v
②
t
x
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
2020年4月28日星期二
13
2. 波动方程
联立以上①、②式，可得波动方程如下：
2 p x 2
1 c2
2 p t 2
0
2v x 2
1 c2
2v t 2
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。
2. 按波阵面的形状分类
1) 平面波：波阵面为平面的波。 2) 球面波：波阵面为球面的波。 3) 柱面波：波阵面为柱面的波。
3. 约定 • 为方便，超声在人体内传播，均视为平面波。 • 遇到小障碍物而散射的超声，均视为球面波。
2020年4月28日星期二
10
2020年4月28日星期二
11
三、按发射超声的类型分类
相应的波长： 1.5mm－0.15mm
三、超声波（最突出）的特性
1. 方向性好——用于探测、诊断。 2. 能量大 ——用于清洗、灭菌、手术。
2020年4月28日星期二
3
第二节 超声波的产生
超声波产生的基本条件：① 振源；② 介质。
一、单自由度振动系统的数学描述
2020年4月28日星期二
4
1. 位移： ξ＝ Acos(ω0t-φ) 式中：A ——振幅，即最大位移 ω0 ＝2πf0 ——角频率 f0 ——固有频率 φ——初相角
2020年4月28日星期二
8
由于人体软组织无切变弹性，横波在人体软组织
中不能传播，而只能以纵波的方式传播，所以纵波是
超声诊断和治疗的常用波型。
2020年4月28日星期二
9
二、按波阵面的形状分类
1. 波面与波阵面 • 波 面: 波传播时，某一时刻介质中各同相位 振动点组成的面。波面有无数个。 • 波阵面：波传播方向上最前面的那个波面。