A类超声实验
A型超声基本原理
(1).基本结构: 探头,高频信号发生器,同步信号发生器, 扫描电路,接收电路,显示器.
Байду номын сангаас
二.
A超各组成部分的作用
1.探头:发射和接受回波脉冲
2.高频信号发生器: 作用:产生脉冲式的正弦高频电压 高频正弦波振荡电路+脉冲控制电路 脉冲频率50-2000Hz,脉冲宽度1.5-5μs,超声频率3MHz,
第一节. 脉冲回声法
脉冲回声法基本原理是:
利用电子学方法在示波器荧光屏上显示各媒质界面的回波(反射波) 脉冲,通过测量初始脉冲与回波脉冲之间的距离,计算界面的深度;通过
回波的幅度了解媒质的性质.
X＝ct/2
(c是声速, t是探头接收到反射波的时间) x
媒质Ⅰ 媒质Ⅱ
回波脉 冲
第二节 A型超声基本原理
3.扫描电路: 作用:产生适当幅度的锯齿形电压,加在显示器水平偏转板上使光 点水平方向扫描,形成时间基线.(频率,幅度可调) 4.同步电路: 作用:同时产生正\负两个脉冲信号,正脉冲触发高频脉冲发生器;负 脉冲触发扫描电路;使高频脉冲电路与扫描电路同步.
二. A超各组成部分的作用
5. 显示器 作用:显示各个界面的回波脉冲
纵向分辨率与超声脉冲宽度τ 有关:τ
＜2y/c .其中y 是两物点间的距离,c为超声波传播速度.
参考文献:
1.王磊,冀敏.医学物理学[M].北京:人民卫生出 版社,2013 2.陈亚珠,黄耀熊.医学物理学[M]本原理a型超声工作原理图a型超声诊断仪usba型原理图a型喷油泵的工作原理超声成像的基本原理超声诊断仪的基本原理超声波水表的基本原理超声波检查的基本原理超声波清洗机原理
A型超声基本原理
a型超声原理
a型超声原理A型超声原理是一种利用超声波进行成像和诊断的技术。
它的原理基于声波在不同组织和介质中传播时的不同特性，通过探头发射和接收超声波，可以获取到组织内部的形态和结构信息。
A型超声是一种基于幅度的超声成像技术，也叫做亮度模式(B-mode)。
在A型超声成像中，超声波从探头发射出去，经过组织的传播和反射后，被探头接收回来。
探头上的传感器可以测量到超声波的幅度，然后将这些幅度信息用不同的亮度显示在显示屏上，从而形成一个二维的图像。
超声波的产生与探头结构有关。
探头中有一块压电晶体，当电压加在晶体上时，晶体会发生形变，从而产生声波。
晶体的震动会产生超声波，然后通过声阻匹配层和凸透镜，聚焦并将超声波发送到身体组织中。
超声波在组织中传播时，会发生反射、吸收和散射。
当超声波遇到组织界面或结构的边界时，一部分能量会被反射回来，这些反射的声波会被探头接收到。
接收到的声波经过放大和处理后，转化成电信号，并根据信号的幅度在显示屏上显示为亮度。
亮度越高代表反射的声波的幅度越大，组织界面或结构越明显。
不同组织会对超声波的传播和反射有不同的影响。
例如，液体和囊性结构对超声波有很强的传导性，所以在A型超声图像上会显示为黑色反射区；而骨骼和空气等具有高密度的结构则会完全反射超声波，显示为白色反射区域。
A型超声成像可以用于检测人体内部的各种器官和组织。
它可以帮助医生观察和评估器官的大小、形态、结构和血流情况。
同时，A型超声还可以用于引导手术、穿刺和活检等操作。
A型超声成像有以下几个优点。
首先，它是无创的检查方法，不会对身体造成损伤。
其次，它可以实时显示图像，医生可以在检查过程中观察到动态变化。
另外，它不需要使用放射线，相对安全。
然而，A型超声成像也有一些局限性。
它对组织的质地和密度的分辨率较低，不适用于一些细微的结构和病理变化的检测。
同时，超声波在穿过骨骼或气体等介质时会发生衰减，使深部组织的成像困难。
此外，A型超声成像对操作者的技术要求较高，需要经验丰富的医生来准确解读图像。
A类超声实验
实验四、A 类 超 声 实 验一、实验目的：⒈超声波产生和发射机理。
⒉用A 类超声实验仪测量水中声速、水层厚度。
⒊用A 类超声实验仪测量固体厚度及超声无损探伤。
二、实验装置与材料A 类超声实验仪主机(FD-UDE-A 型)、数字示波器（DS5022ME ）、有机玻璃水箱、金属反射板、探头、游标卡尺、样品架（可放12个样品：铝、铁、铜、有机玻璃、冕玻璃和带缺陷的铝柱）。
三、实验原理⒈超声波的产生与接收产生超声波的方法有很多种，应用最普遍的是压电法。
压电法采用压电式换能器（探头），它是应用某些晶体的压电效应制成的。
所谓（正）压电效应是指压电晶片相对的两个表面受到压力或拉力其厚度发生变化时，晶片两表面上出现等量异号电荷的现象。
在一定范围内，受力越大产生的电荷越多，当晶片受到变化的压力和拉力交替作用时，晶片两表面之间产生同样规律的电压变化；反之当晶体两表面之间加上交变的电压时，晶体的厚度将视电场的方向而变化，这种现象称为逆压电效应。
当对压电晶片施加频率大于20KHZ 的交变电压（由高频振荡器产生），那么在交变电场的作用下，压电晶片将发生同频率的压缩和拉伸形变，即产生超声振动，该振动在弹性媒质中传播产生超声波。
超声波就是频率高于20KHZ 并不引起声感的弹性波。
其主要特性：频率高、波长短、方向性强，并与其他波动一样。
⒉超声波的反射当超声波从一种介质进入另一种介质时，在介质的交界面上也发生反射现象。
反射波的强度I r 与入射波的强度I j 之比，决定于两种煤质的阻抗差：22121⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=E E E E Ij Ir …………………(1) 式中E1=ρ1C1, E2 =ρ2C2 分别表示第一媒质和第二媒质的声阻抗（ρ1、ρ2和C1、C2 表示两种不同媒质的密度和超声波在两种介质中的传播速度）。
根据(1)式可知，两种媒质的阻抗差愈大，超声波在其分界面上的反射就愈强烈。
⒊超声波测厚度及声速利用超声波测量媒质厚度或异物深度（探伤）时，通常是将超声波所经媒质界面的回波通过探头转变成相应的电脉冲信号并显示在示波器荧光屏上，根据两回波出现的时间间隔t及媒质的速度C，计算出所对应的媒质厚度x，如图（2）所示。
掌握A型超声检测仪的使用方法。
笃 行
(3) 固定增益旋钮，记录这时
厚 衰减余量N1，调衰减器使底波
德 B1降至刚好能辨认的最小值，
弘 记录这时的衰减余量N2。
毅
(4) 计算动态范围计算： N2 N1
6
图2 动态范围测试
盲区测试
(1) 将抑制旋钮调整至“0”，
其他旋钮位置适当。
(2) 将直探头置于CSK-ⅠA
试块上如图4 所示的位置Ⅰ、
笃 行
(3) 调节微调、水平或脉冲移位等旋钮，使示波屏上 出现五次底波B1~B5，且使B1对准2.0，B5对准10.0， 如图1所示。
厚
(4) 观察和记录B2，B3，与水平刻度值4.0、6.0、
德
8.0的偏差值a2，a3，a4。
弘
毅
(5) 计算水平线性误差： amax 100% 0.8b
博
探头： 2.5P20Z或 2.5P14Z。
学 试块：ⅡW、CSK-ⅠA、200/Ф2平
笃 底孔试块等。
行 厚
耦合剂：机油。
德
其他：压块、坐标纸等。
弘
毅
3
实验内容
水平线性测试
(1) 调节有关旋钮使时基线清晰明亮，并与水平刻度 重合。
博 学
(2) 将探头通过耦合剂置于CSK-ⅠA试块上，对准 25 mm厚的大平底面，如图1所示。
超声检测技术实验
西安工程大学物理实验教学中心
§1 超声检测仪的使用和性能测试
实验目的
了解A型超声检测仪的工作原理。
博
掌握A型超声检测仪的使用方法。
学
掌握水平线性、垂直线性和动态范围等主要
笃 性能的测试方法。
行
厚
掌握盲区、分辨力和灵敏度余量等综合性能
超声波实验
FD-UDE-A A类超声实验********大学学号：********姓名：***学院：****专业：物理学实验时间：2015.5.8 08:00~11:30【实验目的】1．了解超声波产生和发射的机理2．用A类超声实验仪测量水中声速或测量水层厚度3．用A类超声实验仪测量固体厚度及超声无损探伤【实验原理】超声波是指频率高于20KHz的声波，与电磁波不同，它是弹性机械波，不论材料的导电性、导磁性、导热性、导光性如何，只要是弹性材料，它都可以传播进去，并且它的传播与材料的弹性有关，如果弹性材料发生变化，超声波的传播就会受到干扰，根据这个扰动，就可了解材料的弹性或弹性变化的特征，这样超声就可以很好地检测到材料特别是材料内部的信息，对某些其它辐射能量不能穿透的材料，超声更显示出了这方面的实用性。
与X射线、γ射线相比，超声的穿透本领并不优越，但由于它对人体的伤害较小，使得它的应用仍然很广泛。
产生超声波的方法有很多种，如热学法、力学法、静电法、电磁法、磁致伸缩法、激光法以及压电法等等，但应用得最普遍的方法是压电法。
压电效应：某些介电体在机械压力的作用下会发生形变，使得介电体内正负电荷中心相对位移以致介电体两端表面出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与压力成正比，这种由“压力”产生“电”的现象称为正压电效应；反之，如果将具有压电效应的介电体置于外电场中，电场会使介质内部正负电荷中心位移，从而导致介电体发生形变，这种由“电”产生“机械形变”的现象称为逆压电效应，逆压电效应只产生于介电体，形变与外电场呈线性关系，且随外电场反向而改变符号。
压电体的正压电效应与逆压电效应统称为压电效应。
如果对具有压电效应的材料施加交变电压，那么它在交变电场的作用下将发生交替的压缩和拉伸形变，由此而产生了振动，并且振动的频率与所施加的交变电压的频率相同，若所施加的电频率在超声波频率范围内，则所产生的振动是超声频的振动，我们把这种振动耦合到弹性介质中去，那么在弹性介质中传播的波即为超声波，这利用的是逆压电效应。
a型超声波探伤的探伤原理与应用
A型超声波探伤的探伤原理与应用1. 超声波探伤原理1.1 超声波的产生超声波是指频率高于20kHz的高频声波。
在超声波探伤中，超声波是通过特定的发射器产生的。
发射器会将电能转化为机械振动，产生超声波。
1.2 超声波的传播超声波是在介质中以波的形式传播的，其传播速度取决于介质的性质。
当超声波遇到介质内部的缺陷或界面时，会发生反射、折射、传播衰减等现象，从而提供探测目标的信息。
1.3 超声波的接收与处理超声波探伤设备会将反射回来的超声波信号接收到接收器中，并进行信号处理。
通过测量超声波的到达时间和强度变化，可以判断目标的内部结构、缺陷的位置、形态和尺寸。
2. 超声波探伤应用领域A型超声波探伤广泛应用于以下领域：2.1 制造业•金属材料的探伤：A型超声波探伤可用于检测金属材料中的裂纹、气孔、夹杂等缺陷，保证产品质量。
•焊接接头的检测：通过超声波探伤，可以对焊缝进行检测，以确保焊接质量，防止出现弱连接等问题。
•塑料制品的质量检测：超声波探伤可用于检测塑料制品中的空洞、异物等缺陷，提高产品质量。
2.2 航空航天•飞机部件的探伤：超声波探伤可用于检测飞机发动机叶片、机身、螺栓等部件中的缺陷，确保飞机的安全飞行。
•航天器组件的检测：通过超声波探伤，可以检测和评估航天器组件中的内部缺陷，防止在太空环境中出现故障或损坏。
2.3 土木工程•建筑结构的健康监测：超声波探伤可用于检测建筑结构中的裂缝、松动等缺陷，提前发现安全隐患。
•桥梁的检测和评估：通过超声波探伤，可以对桥梁的结构进行非破坏性检测，评估其使用寿命和安全性。
3. A型超声波探伤的优势•高分辨率：A型超声波探伤可以提供高分辨率的信号，能够准确地检测和定位目标的缺陷。
•非破坏性：超声波探伤是一种非破坏性测试方法，不会对被检测物体造成破坏。
•实时性：A型超声波探伤能够在实时监测目标的过程中提供信号反馈，便于及时作出判断和调整。
4. 注意事项在进行A型超声波探伤时，需要注意以下事项： - 需要经过专业培训：超声波探伤需要操作人员经过专业培训，熟悉探伤设备的使用和信号的分析判断。
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。
A型超声探测
四． 实验记录
1. 测量水中超声波的速度
x/m
T1/ms
T2/ms
T3/ms
0.000
（3） 取样品放入样品架的圆孔中，将样品架放在水箱上面的轨道上，并观察样品底面 是否与水平面垂直。调节样品架和并观察示波器上反射回波信号的大小，直到脉 冲幅度最大为止。
（4） 移动样品架，测出探头表面与样品之间的垂直距离 x，利用示波器测出每个位置 下超声波的传播时间 t，每隔 5cm 取一个点，每个测量三次求平均值。
（1） 准备工作：信号幅度调节至最小位置。在有机玻璃水箱侧面装上超声波探头后注 入清水，至超过探头位置 1cm 左右即可。用一根电缆线把探头与“超声探头” 接线柱相接；用另一根电缆把回波“信号输出”接线柱与示波器相连接。
（2） 打开主机电源，预热后将信号幅度旋钮右旋至适当位置。打开示波器开关，预热 五分钟。
A 型超声探测
频率大于 20000Hz 的机械波称为超声波。超声波具有声波的一切性质以外还有方向性 好、强度大、深层反射波易探测等特性。超声波与物质相互作用的时候可以产生机械效应、 热效应、空化效应等。1917 年法国科学家郎之万研制出超声发射器。1946 年超声脉冲回声 技术开始用于医学诊断。超声诊断的基本原理是通过采集和在荧光屏上显示超声波透入体内 后的回波信号的位置及幅度大小来分析病变组织的位置、形态以及性质。回波信号以幅度显 示的称为 A 类超声仪。本实验要求掌握超声波的产生、发射和接受的基本原理；了解超声波 的性质及生物效应；掌握用 A 型超声波实验仪器测量声速和水层厚度的原理以及方法；掌 握超声探伤的物理基础。
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实验四、A 类 超 声 实 验
一、实验目的：
⒈超声波产生和发射机理。
⒉用A 类超声实验仪测量水中声速、水层厚度。
⒊用A 类超声实验仪测量固体厚度及超声无损探伤。
二、实验装置与材料
A 类超声实验仪主机(FD-UDE-A 型)、数字示波器（DS5022ME ）、有机玻璃水箱、金属反射板、探头、游标卡尺、样品架（可放12个样品：铝、铁、铜、有机玻璃、冕玻璃和带缺陷的铝柱）。
三、实验原理
⒈超声波的产生与接收
产生超声波的方法有很多种，应用最普遍的是压电法。
压电法采用压电式换能器（探头），它是应用某些晶体的压电效应制成的。
所谓（正）压电效应是指压电晶片相对的两个表面受到压力
或拉力其厚度发生变化时，晶片
两表面上出现等量异号电荷的现
象。
在一定范围内，受力越大产
生的电荷越多，当晶片受到变化
的压力和拉力交替作用时，晶片
两表面之间产生同样规律的电压
变化；反之当晶体两表面之间加
上交变的电压时，晶体的厚度将视电场的方向而变化，这种现象称为逆压电效应。
当对压电晶片施加频率大于20KHZ 的交变电压（由高频振荡器产生），那么在交变电场的作用下，压电晶片将发生同频率的压缩和拉伸形变，即产生超声振动，该振动在弹性媒质中传播产生超声波。
超声波就是频率高于20KHZ 并不引起声感的弹性波。
其主要特性：频率高、波长短、方向性强，并与其他波动一样。
⒉超声波的反射
当超声波从一种介质进入另一种介质时，在介质的交界面上也发生反射现象。
反射波的强度I r 与入射波的强度I j 之比，决定于两种煤质的阻抗差：
22121⎪⎭
⎫ ⎝⎛+-=E E E E Ij Ir …………………(1) 式中E1=ρ1C1, E2 =ρ2C2 分别表示第一媒质和第二媒质的声阻抗（ρ1、ρ2和C1、C2 表示两种不同媒质的密度和超声波在两种介质中的传播速度）。
根据(1)式可知，两种媒质的阻抗差愈大，超声波在其分界面上的反射就愈强烈。
⒊超声波测厚度及声速
利用超声波测量媒质厚度或异物深度（探
伤）时，通常是将超声波所经媒质界面的
回波通过探头转变成相应的电脉冲信号
并显示在示波器荧光屏上，根据两回波出
现的时间间隔t及媒质的速度C，计算出
所对应的媒质厚度x，如图（2）所示。
由于在前后两个回波所对应的时间间隔
内，超声波经历了入射和反射两个过程之
后才被探头接收，所以
X=Ct/2--------------(2)
若测出媒质厚度x，在示波器荧光屏上读出与媒质厚度对应的两回波脉冲的间隔时间t，就可以算出速度C，即：C=2x/t---------------（3）
或者利用x与t的线性关系求出声速C。
医学上就是利用超声波在人体内遇到不同密度的组织界面时，部分能量将被反射回来，形成回波，根据回波出现的时间间隔得知不同组织间的距离。
四、仪器描述
（一）主机面板上按键、接线柱名称及连接
⒈脉冲信号设定各按键作用为：1—复位键：恢复主机设定的工作状态；2—减小按键：减小同步信号的低电平持续时间；3—增加按键：增加同步信号的低电平持续时间；4—选择按键：选择a时A路探测器工作，b时B路探测器工作，选择c时两路探测器同时工作。
⒉超声探测器A 各接线柱连接：5—示波器探头（A路）：接示波器CH1或CH2通道；6—接示波器（A）：接示波器EXT通道；7—超声探头（A路）：连接超声探头。
⒊超声探测器B 各接线柱连接：8—示波器探头（B路）：接示波器CH1或CH2通道；9—接示波器（B）：接示波器EXT通道；10—超声探头（B路）：连接超声探头。
（二）主机工作原理
本仪器为双路输出，A路和B路两路信号一样。
以A路信号为例说明仪器的工作原理。
主机内由单片机来
控制同步脉冲信号
与A路( 或B路)高
频振荡信号同步。
在
同步脉冲信号的上
升沿，电路发出一个
高频高压脉冲A（或
B）至电压换能器，压电换能器产生振荡，并在介质中激发出频率等于谐振频率的超声波。
超声波遇到两种不同介质的界面将发生反射，第一次反射回来的超声波被同一探头接收，此信号经放大、检波、整形处理后以脉冲形式输入示波器，在荧光屏上形成第一回波，由于超声波在不同介质中的衰减程度以及遇到不同介质界面时的反射率不同，还可能形成第二回波或更多次回波。
五、实验内容、实验步骤
（一）必做内容
⒈水声速测定
⑴准备工作：在有机玻璃水箱侧面装上超声波探头后注入清水，至超过探头位置1cm左右。
探头另一端与仪器A路( 或B路，一下同)“超声探头”连接柱相接。
“示波器探头”左边接线柱与Q9线的输出端相连，右边接线柱与Q9线的借地端相连。
这根Q9线的另一端与示波器的CH1或CH2相连，拿一根Q9线将仪器的“接示波器”接线柱与示波器的“EXT”相连。
⑵打开主机电源，按“选择”键选择合适的工作状态，显示a为A路探测器工作，显示b为B路探测器工作，c 为两路一起同步工作（很少用）。
⑶将金属挡板放在水箱中的不同位置，并测出探头表面与金属挡板之间的垂直距离x，利用示波器测出每个位置下超声波的传播时间t。
可每隔5cm取一个点，每个被测量重复3次求平均值。
⑷将实验数据作t-x 的线性拟合，根据拟合直线的斜率求水的声速，并与理论值比较。
⒉金属材料探伤
⑴实验仪器与示波器的连接同必做内容1中的①、②；
⑵在样品架上任选一种内部有缺陷的柱状金属材料，在样品表面涂上偶合剂；
⑶将探头对应缺陷位置放置，测出始波到缺陷引起的回波的时间差t1；
⑷移动探头，使探头置于无缺陷位置，测出始波到第一回波（样品底面回波）的时间差t2；⑸用游标卡尺测出样品的总长度D ，根据公式 D t t x 2
1
算出缺陷位置。
（二）选作内容
测金属样品的速度（实验方法自拟）。
注意事项：
⒈注意不要将超声波探头及示波器探头插错（超声探头连接的Q9插座输出为300V 以上的高压），否则会发生人身伤害和损坏损坏示波器的外触发电路。
⒉超声探头处有380V 高压，插、拔时注意安全。
六、实验数据记录
将水箱中金属挡板在不同位置时超声波传播时间的数据填入下表中 x i /m t 1/s t 2/s t 3/s t 4/s t 5/s 平均值 0.000
0.050
0.100
0.150
0.200
0.250
七、思考题
⒈何为压电效应？
⒉什么是声阻抗，与那些因素有关？
⒊简述A 型超声波诊断仪的基本原理。