声阻抗与声速
为啥超声回声的原理不一致
为啥超声回声的原理不一致
超声波的回声原理主要取决于声波在介质中的传播和反射特性。
声波在介质中的传播和反射受以下因素的影响：
1. 声速：声速是指声波在介质中传播的速度。
不同的介质具有不同的声速，因此超声波在不同介质中的传播速度也会不同。
这会导致超声波在不同介质中的回声原理不一致。
2. 声阻抗：声阻抗是指声波在从一种介质传到另一种介质时遇到的阻力。
声阻抗取决于介质的密度和声速。
当声波从一个介质传到另一个介质时，如果两个介质的密度和声速不同，就会发生反射和折射，导致超声波的回声原理不一致。
3. 表面形态和界面：超声波在遇到边界或表面时会发生反射、折射和散射。
不同的表面形态和界面会对超声波的回声产生不同的影响。
综上所述，超声波回声原理的不一致主要是由介质的声速、声阻抗以及表面形态和界面等因素的差异造成的。
这些因素会使超声波在不同介质中的传播和反射特性发生变化，从而导致回声原理的不一致。
声阻抗与声速
2.声速、波长与指向性
（1）声速 纵波、横波及表面波的传播速度取决于
介质的弹性系数、介质的密度以及声阻 抗。
介质的声阻抗Z 等于介质的密度ρ和声速 c的乘积，即
Z=ρc
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常用材料的密度、声阻抗与声速 （环境温度为0℃）
材料
钢 铝 铜 有机玻璃 甘油 水（20℃） 油 空气
1.4
—
0.0013
0.0004
0.34
—
14
（2）波长
超声波的波长λ与频率f乘积恒等于声速c，
即
λ f =c
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（3）指向性
超声波声源发出的超声波束以一定的角 度逐渐向外扩散。在声束横截面的中心 轴线上，超声波最强，且随着扩散角度 的增大而减小。
1—超声源 2—轴线 3—指向角 4—等强度线
（3）表面波—质点的振动介于横波与纵 波之间，沿着表面传播的波。
横波只能在固体中传播，纵波能在固体、液体和气体中传播，表 面波随深度增加衰减很快。为了测量各种状态下的物理量，多采
用纵波。
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横波
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表面波
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9.1超声波及其物理性质
9.1.1 超声波的基本概念
1．超声波的概念和波形
机械振动在弹性介质内的传播称为波动，简称 为波。人能听见声音的频率为20Hz～20kHz， 即为声波，超出此频率范围的声音，即20Hz 以下的声音称为次声波，20kHz以上的声音称 为超声波，一般说话的频率范围为100Hz～ 8kHz。
声阻抗与声速
V
W
46.000~56.000
.536~0.300
微波以波的形式向四周辐射，当波长远小于物体尺寸时，微波具有似光性； 当波长和物体尺寸有相同数量级时，微波又有近于声学的特性。
横波声速 cs（km/s）
3.23 3.08 2.05 1.43 — — —
空气
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0.0013
0.0004
0.34
—
14
（2）波长
超声波的波长λ与频率f乘积恒等于声速c， 即 λ f =c
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15
（3）指向性
超声波声源发出的超声波束以一定的角 度逐渐向外扩散。在声束横截面的中心 轴线上，超声波最强，且随着扩散角度 的增大而减小。
3.超声波
蝙蝠 能发出和 听见超声 波。
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超声波与可闻声波不同， 它可以被聚焦，具有能量集中 的特点。
超声波加湿器
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超声波雾化器
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声波的波型
（1）纵波—质点振动方向与波的传播方 向一致的波。 （2）横波—质点振动方向垂直于传播方 向的波。 （3）表面波—质点的振动介于横波与纵 波之间，沿着表面传播的波。
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9.2.1 微波的性质与特点
1、微波频段的划分
波段 L S X K Q 频率范围/GHz 0.390~1.550 1.550~5.200 5.200~10.900 10.900~36.000 36.000~46.000 在真空中波长/cm 76.9~19.3 19.3~5.77 5.77~2.75 2.75~0.834 0.834~0.652
a型超声原理
a型超声原理A型超声原理是指利用A型超声波进行检测和成像的原理。
A型超声是一种通过瞬时声能的捕获和记录来显示声传输介质中反射界面的超声技术。
它广泛应用于医学、工业和科学研究等众多领域。
A型超声通过声波在不同介质中速度不同的特性进行成像。
当声波从一个介质传播到另一个介质时，会发生折射和反射。
当声波遇到介质中的不均匀性，如组织的边界或肿瘤等，会发生反射。
通过测量传播时间和接收到的反射信号强度的变化，可以确定反射界面的位置、形状和特性。
A型超声原理基于声速和声阻抗差异的原理。
声速是声波在介质中传播的速度，与介质的密度和弹性有关。
当声波从一个介质传播到另一个介质时，由于密度和弹性的差异，声速会发生改变，导致声波向某个特定方向偏折。
这种偏折称为折射。
通过计算折射的角度和声速的变化，可以确定反射界面的位置和形状。
声阻抗是介质的密度和声速的乘积，表示声波通过介质时阻力的大小。
当声波从一个介质传播到另一个介质时，由于声阻抗的不匹配，部分能量会被反射。
通过测量反射信号的强度，可以确定反射界面的特性，如组织的密度、弹性以及存在的异常部分，如肿瘤。
A型超声成像的过程主要包括超声波发射、接收和处理。
首先，超声波发射器将电能转换为声能，产生超声波信号。
这些声波通过皮肤和其他组织传播。
当声波遇到组织边界或其他界面时，部分能量被反射，成为反射信号。
接收器接收到反射信号，将其转换为电能，并通过电路传输到处理器。
处理器分析和处理接收到的信号，生成图像以显示物体的位置和形状。
根据不同的应用需求，可以使用不同的成像方法和技术，如B型、M型、Doppler等。
A型超声成像有许多优点。
首先，它是无创的，不需要使用放射性物质或做手术。
其次，它可以提供实时图像，可用于动态观察器官的运动和血流的变化。
此外，A型超声成本较低，易于携带和操作，适用于远程和移动诊断。
然而，A型超声也存在一些局限性。
由于速度、衰减和散射的影响，超声波在组织中的传播距离较短，影响了图像的分辨率和深度。
超声波在不同材料中的声速
超声波在不同材料中的声速超声波是指频率高于20,000Hz的声波。
这种声波在许多领域中被广泛应用，如医学、工业和科学研究。
了解不同材料中的超声波速度对于这些领域的应用至关重要。
本文将介绍超声波在不同材料中的声速。
超声波在传播过程中的速度取决于介质的物理特性，如密度、弹性模量和声阻抗。
下面将重点介绍一些常见材料的超声波速度。
1.空气：在常温和压力下，空气中的超声波速度约为343m/s。
这是由于空气是一种气体，其分子相对较远，传播速度较低。
2.水：水是一种常见的介质，被广泛用于超声波传播的媒介。
在室温下，水中的超声波速度约为1482m/s。
与空气相比，水分子之间的相互作用更加紧密，传播速度更高。
3.声音：声音在空气中的速度与超声波类似，约为343m/s。
声音是一种低频声波，人耳可感知的频率范围为20Hz至20,000Hz。
4.金属：金属是一种具有良好导电性和热导性的固体材料。
在金属中，声波速度非常高，一般在5000m/s至6000m/s之间。
这是由于金属中的离子和电子之间的相互作用非常紧密。
5.岩石：岩石是一种由矿物质构成的坚硬固体材料。
岩石的超声波速度取决于其组成成分和结构。
一般情况下，岩石中的超声波速度在2000m/s至6000m/s之间。
6.人体组织：超声波在医学领域得到广泛应用，主要用于诊断和治疗。
人体组织是一种复杂的介质，其中不同组织的超声波速度有所差异。
一般而言，在人体中，骨骼和牙齿中的超声波速度较高，大约为3500m/s。
而软组织如肌肉和脂肪的超声波速度较低，一般在1500m/s至1800m/s之间。
除了以上介绍的材料外，超声波在其他不同材料中的速度也各不相同。
根据应用需求，可以通过实验或计算方法来测定不同材料中超声波的速度。
总之，了解超声波在不同材料中的速度对于正确应用超声技术至关重要。
根据材料的声速差异，可以通过超声波测试，得到关于材料密度、组分和结构的相关信息。
这些信息在医学、工业和科学研究中都具有重要意义。
物理实验技术如何测量声速与声阻抗
物理实验技术如何测量声速与声阻抗声音是我们日常生活中非常重要的一种感知方式，对于物理学而言，声音是机械波的一种表现形式。
声速是指声音在介质中传播的速度，而声阻抗则是介质对声波传播的阻力。
在物理实验中，测量声速与声阻抗是非常重要的一项工作，本文将介绍一些物理实验技术，以及如何利用这些技术来测量声速与声阻抗。
在测量声速与声阻抗之前，我们首先需要了解声波的基本特性。
声波是机械波，需要介质的存在才能传播，传播的速度与介质的性质有关。
介质的性质可以通过声阻抗来描述，它是由介质的密度和声速按照一定比例得到的物理量。
通过测量声速和声阻抗，我们可以进一步了解介质的性质和特性。
一种常用的物理实验技术是利用声音在介质中的传播速度来测量声速。
这种方法利用了声波传播的特性，通过测量声音经过一段距离所需的时间来计算声速。
一种常见的实验方法是使用两个固定的声源，将它们放置在一定距离的两端，并利用计时器来测量声音从一个声源传播到另一个声源所需的时间。
通过测量不同距离下的时间，我们可以得到声音在介质中的传播速度。
除了测量声速，我们还可以通过声阻抗差的测量来推断介质的声阻抗。
声阻抗差是指声波从一个介质传播到另一个介质时，由于两个介质之间的性质不同，导致声波的传播受到一定程度的阻碍。
通过测量声波在不同介质中传播的振幅的变化，我们可以计算出声阻抗差，从而推断出介质的声阻抗。
这种方法常常用于声学材料的研究中，帮助我们了解介质的声学性质。
此外，还有一种常见的实验技术是利用共振现象来测量声速与声阻抗。
共振是指在特定的频率下，介质受到外界声波激励时，会出现特定的共振效应。
通过测量共振频率，我们可以推断介质的声速和声阻抗。
这种方法可通过构建共振腔来实现。
共振腔是一个封闭的空间，它可以放置待测介质和声源，并利用共振频率的变化来测量声速和声阻抗。
综上所述，物理实验技术可以帮助我们测量声速与声阻抗，进一步了解介质的性质和特性。
通过测量声音传播的速度、利用声阻抗差的测量以及利用共振现象的方法，我们可以得到准确的声速和声阻抗值。
声学测温研究现状及发展总结
声学测温研究现状及发展总结声学测温研究现状及发展总结随着科技的发展和工业的进步，温度作为一个重要的物理量，对许多领域的研究和实践具有重要意义。
传统的温度测量方式主要依靠接触型温度探头，然而这种方法存在着许多不足之处，比如需要直接接触测量物体、测量速度慢、测量范围受限等问题。
声学测温技术的出现为温度测量提供了一种新的方法。
本文将对声学测温的现状和发展进行总结，并展望其未来发展的前景。
声学测温是利用声学波在介质中传播的特性与温度之间的关系来实现的一种无接触测温方法。
根据不同的测温原理，可以将声学测温技术分为两大类：一类是基于声速的测温方法，另一类是基于声阻抗的测温方法。
声速测温是利用声速与介质温度之间的相关性来实现测温的方法。
根据声速与温度之间的关系可以推断出介质的温度。
目前，常用的声速测温方法主要有声时间差法、声脉冲法和声管法。
声时间差法是通过测量声波在不同温度下传播所需的时间来计算温度的方法。
声脉冲法则是利用声脉冲在不同温度下通过介质所需的时间来推算温度。
而声管法则是通过测量声管中的谐振频率来计算介质的温度。
这些方法都具有测量速度快、精度高、测量范围广的优点，已经得到了广泛的应用。
声阻抗测温是利用声阻抗与介质温度之间的相关性来实现测温的方法。
声阻抗是介质的声学特性之一，它与温度、密度、声速等因素有关。
常用的声阻抗测温方法主要有声反射法、声吸收法和声透射法。
声反射法是通过测量声波在不同温度下反射的程度来计算温度的。
声吸收法则是通过测量声波在不同温度下被介质吸收的程度来推算温度。
而声透射法则是通过测量声波在不同温度下通过介质的透射率来计算温度。
这些方法具有测量范围广、对温度变化敏感度高的优点，已经在一些特定的工业应用中得到了广泛的应用。
虽然声学测温技术已经取得了一定的进展和应用，但仍然存在一些挑战和问题需要克服。
首先，声学测温技术在实际应用中需要考虑到环境因素的影响，如介质杂质、声场环境等对测量结果的影响。
超声设备的原理
超声设备的原理超声设备是一种利用超声波进行成像或治疗的医疗设备，在医学领域中具有广泛的应用。
它的原理基于超声波在组织中的传播和反射特性，通过不同的信号处理和成像算法，使医生能够观察到人体内部的结构，并对疾病进行诊断和治疗。
本文将详细介绍超声设备的原理。
一、超声波传播原理超声波是一种在20kHz到1GHz频率范围内的声波，相比于可听到的声波频率范围（20Hz到20kHz），超声波具有更高的频率和更短的波长。
超声波在组织中的传播基于两种基本原理：声速和声阻抗。
声速是指声波在某种介质中传播的速度，它受介质密度和弹性模量的影响。
不同的组织具有不同的声速，这使得超声波在组织之间传播时会发生折射和反射。
声阻抗是指声波在介质之间传播时界面的阻力。
当声波从一个介质传播到另一个介质时，如果两者的声阻抗不同，会发生反射和折射。
这种反射和折射现象使得超声波可以在组织中产生回波，从而形成超声图像。
二、超声设备的成像原理超声设备通过发射超声波脉冲并接收回波信号来生成图像。
一般而言，超声设备由超声发射器、超声传感器、信号处理器和显示器等主要部件组成。
首先，超声发射器会发射一系列的超声波脉冲。
这些脉冲会经过人体组织，并在组织内的不同结构上发生反射或折射。
接下来，超声传感器会接收到这些反射回波信号。
传感器中的压电晶体能够将机械振动转换为电信号，并将接收到的回波信号转化为电信号传输到信号处理器。
信号处理器对接收到的电信号进行放大、滤波和数字化处理。
由于超声波传播的速度非常快，信号处理器能够在非常短的时间内对回波信号进行处理，并生成高质量的图像。
最后，经过处理的图像被传输到显示器上，医生可以通过观察显示器上的图像来进行诊断和治疗。
三、超声设备的应用超声设备在医学领域中有着广泛的应用。
它可以用于产前检查，通过观察胎儿的图像来检查是否存在异常情况。
此外，超声设备还可以用于内窥镜检查，通过插入超声探头来观察人体腔内的结构，并帮助医生进行手术操作。
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4.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， 能量逐渐衰减，其衰减的程度与超声波的扩散、 散射及吸收等因素有关。
超声波在介质中传播时，能量的衰减决定于声 波的扩散、散射和吸收，在理想介质中，声波 的衰减仅来自于声波的扩散，即随声波传播距 离增加而引起声能的减弱。散射衰减是固体介 质中的颗粒界面或流体介质中的悬浮粒子使声 波散射。吸收衰减是由介质的导热性、粘滞性 及弹性滞后造成的，介质吸收声能并转换为热 能。
1)
声阻抗 Z（
103MPa·s 1）
纵波声速 cL（km/ s
）
横波声速 cs（km/s）
7.8
46
5.9
3.23
2.7
17
6.32
3.08
8.9
42
4.7
2.05
1.18
3.2
2.73
1.43
1.26
2.4
1.92
—
1.0
1.48
1.48
—
0.9
1.28
1.4
—
0.0013
0.0004
0.34
—
（3）表面波—质点的振动介于横波与纵 波之间，沿着表面传播的波。
横波只能在固体中传播，纵波能在固体、液体和气体中传播，表 面波随深度增加衰减很快。为了测量各种状态下的物理量，多采
用纵波。
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纵 波
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横波
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表面波
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12
2.声速、波长与指向性
在真空中波长/cm 76.9~19.3 19.3~5.77 5.77~2.75 2.75~0.834 0.834~0.652 0.652~0.536 0.536~0.300
微波以波的形式向四周辐射，当波长远小于物体尺寸时，微波具有似光性； 当波长和物体尺寸有相同数量级时，微波又有近于声学的特性。
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第9章 波式传感器
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引言
超声波技术是一门以物理、电子、机械及材料 学为基础的，各行各业都使用的通用技术之一。 它是通过超声波产生、传播以及接收这个物理 过程来完成的。超声波在液体、固体中衰减很 小，穿透能力强，特别是对不透光的固体，超 声波能穿透几十米的厚度。当超声波从一种介 质入射到另一种介质时，由于在两种介质中的 传播速度不同，在介质面上会产生反射、折射 和波型转换等现象。超声波的这些特性使它在 检测技术中获得了广泛的应用，如超声波无损 探伤、厚度测量、流速测量、超声显微镜及超 声成像等。
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波的反射和折射
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（1）反射定律
入射角 的正弦与反射角'的正弦之比等于波
速之比。当入射波和反射波的波型相同、波速
相等时，入射角 等于反射角'。
（2）折射定律
入射角 的正弦与折射角的正弦之比等于超 声波在入射波所处介质的波速c1与在折射波中 介质的波速c2之比，即
超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力 越弱，但反射能力越强
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3
声波频率的界限划分
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4
声波的分类 1.次声波
次声波是频率低于20赫兹的声波，人耳听不到， 但可与人体器官发生共振，7~8Hz的次声波会引起人 的恐怖感，动作不协调，甚至导致心脏停止跳动。
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之间的关系为
sinθ= 1.22λ/D
设超声源的直径D=20mm，射入钢板的
超声（纵波）频率为5MHz，则根据
式（可得θ=4o，可见该超声波的指向性
是十分尖锐的。
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3.超声波的反射和折射
超声波从一种介质传播到另一介质，在 两个介质的分界面上一部分能量被反射 回原介质，叫做反射波，另一部分透射 过界面，在另一种介质内部继续传播， 则叫做折射波。这样的两种情况分别称 之为声波的反射和折射，
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2
9.1超声波及其物理性质
9.1.1 超声波的基本概念
1．超声波的概念和波形
机械振动在弹性介质内的传播称为波动，简称 为波。人能听见声音的频率为20Hz～20kHz， 即为声波，超出此频率范围的声音，即20Hz 以下的声音称为次声波，20kHz以上的声音称 为超声波，一般说话的频率范围为100Hz～ 8kHz。
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9.2.1 微波的性质与特点
1、微波频段的划分
波段 L S X K Q V W
频率范围/GHz 0.390~1.550 1.550~5.200 5.200~10.900 10.900~36.000 36.000~46.000 46.000~56.000
56.000~100.000
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9.2 微波传感器
微波传感器的基本原理是根据微波的传播特 性（反射、透射、散射、干涉等）以及被测 材料的电磁特性(介电常数和损耗角正切)， 通过对微波基本参数的测量，实现对物理量 的感知。因此在学习微波传感器之前，先对 微波的相关知识作一个简单的介绍，以更好 地掌握和使用微波传感器来检测相应的物理 量。
（1）声速 纵波、横波及表面波的传播速度取决于
介质的弹性系数、介质的密度以及声阻 抗。
介质的声阻抗Z 等于介质的密度ρ和声速 c的乘积，即
Z=ρc
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常用材料的密度、声阻抗与声速 （环境温度为0℃）
材料
钢 铝 铜 有机玻璃 甘油 水（20℃） 油 空气
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密度 ρ(103kg·m-
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（2）波长
超声波的波长λ与频率f乘积恒等于声速c，
即
λ f =c
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（3）指向性
超声波声源发出的超声波束以一定的角 度逐渐向外扩散。在声束横截面的中心 轴线上，超声波最强，且随着扩散角度 的增大而减小。
1—超声源 2—轴线 3—指向角 4—等强度线
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指向角θ与超声源的直径D、以及波长λ
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9.2.1 微波的性质与特点
2、微波的传播特性
在电磁性能不同的两介质界面处，微波 的反射和折射定律本质上与可见光的反 射和折射相同。
5
2.可闻声波
美妙的音乐可使人陶醉。
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6
3.超声波
蝙蝠
能发出和 听见超声 波。
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7
超声波与可闻声波不同， 它可以被聚焦，具有能量集中 的特点。
超声波加湿器
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超声波雾化器
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声波的波型
（1）纵波—质点振动方向与波的传播方 向一致的波。
（2）横波—质点振动方向垂直于传播方 向的波。