超声波频率
超声波电路知识点总结
超声波电路知识点总结一、超声波电路的基础知识1. 超声波的产生和接收超声波的产生一般通过压电效应和磁致伸缩效应实现。
压电效应是指一些晶体在受到外力影响下会发生形变，并产生电压，而磁致伸缩效应是指在磁场作用下，磁性材料会产生形变。
常见的压电超声波发生器是利用压电陶瓷或晶体的压电效应产生超声波，而压电传感器则是利用压电效应接收超声波信号。
2. 超声波的特性超声波具有高频率、短波长、能穿透一些材料等特点，因此在一些特定应用中有着很好的效果。
超声波的频率通常在20kHz以上，最常用的频率为40kHz或者60kHz。
由于其短波长，超声波可以穿透液体、固体等材料，因此在医疗、测距、清洗等领域有广泛应用。
3. 超声波电路的基本组成超声波电路一般由发射电路、接收电路和信号处理电路组成。
发射电路用于产生超声波信号，接收电路用于接收超声波信号，信号处理电路用于对接收到的信号进行处理和分析。
这三部分电路都是超声波系统中非常重要的组成部分。
二、超声波电路的设计和应用1. 超声波发射电路的设计超声波发射电路的设计需要考虑到信号的稳定性、频率的准确性和功率的控制等问题。
一般来说，压电陶瓷或压电晶体都需要接入到谐振电路中，通过谐振电路的共振效应来产生稳定的超声波信号。
此外，为了提高超声波的频率准确性和稳定性，通常还需要在发射电路中加入一些频率稳定的元器件，比如晶振或者数字控制的频率合成电路。
2. 超声波接收电路的设计超声波接收电路的设计同样需要考虑到信号的稳定性、灵敏度和抗干扰能力等问题。
一般来说，超声波接收电路需要接入到一个带通滤波器中，以滤除掉非超声波频率的干扰信号。
此外，为了提高接收电路的灵敏度和动态范围，通常还需要在接收电路中加入一些低噪声放大器和自动增益控制电路。
3. 超声波信号处理电路的设计超声波信号处理电路的设计一般需要考虑到对接收到的信号进行放大、滤波、定时、脉冲压缩、解调等处理。
这些处理工作都需要通过一些专门的模拟电路或者数字电路来实现。
超声波溶栓频率与消栓率的关系
超声波溶栓的频率和消栓率之间存在一定的关系。
超声波的频率可以影响溶栓效果。
实验研究表明，在超声波频率为1MHz、27kHz和20kHz的情况下，作用于凝结的血栓时，随着超声波频率的增加，血栓消溶率呈现出降低的趋势。
也就是说，低频超声波（如27kHz和20kHz）对血栓的消溶效果较好，高频超声波（如1MHz）对血栓的消溶效果相对较差。
不过，超声波的频率并不是影响溶栓效果的唯一因素。
超声波的功率也会对溶栓效果产生影响。
实验研究表明，在超声波频率一定时，随着超声波功率的增加，血栓消溶率也随之增加。
此外，血栓凝结的时间也会影响超声波的消栓率。
随着血栓凝结时间的增加，血栓的硬度会变大，这可能会降低超声波对血栓的消溶率。
实验研究表明，随着血栓凝龄的增加，血栓消溶率会逐渐降低。
超声波
超声波在生物医学方面的应用超声波是指振动频率大于20000Hz以上的,其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的上限（20000Hz），人们将这种听不见的声波叫做超声波。
超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声波频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性。
超声波在传播过程中一般要发生折射、反射以及多普勒效应等现象,超声波在介质中传播时,发生声能衰减。
因此超声通过一些实质性器官,会发生形态及强度各异的反射。
由于人体组织器官的生理、病理及解剖情况不同对超声波的反射、折射和吸收衰减也各不相同。
超声诊断就是根据这些反射信号的多少、强弱、分布规律来判断各种疾病。
超声在医学的各个领域都有应用,并取得飞速发展,从而产生了超声医学这一分支学科。
1 超声的物理特性1.1超声场特性超声在介质内传播的过程中,明显受到超声振动影响的区域称超声场。
超声场具有以下特点:如果超声换能器的直径明显大于超声波波长,则所发射的超声波能量集中成束状向前传播,这种现象称为超声的束射性(或称指向性)。
换能器近侧的超声波束宽度与声源直径相近似,平行而不扩散,近似平面波,该区域称近场区。
近场区内声强分布不均匀。
近场区以外的声波以某一角度扩散称远场区。
该区声波近似球面向外扩散,声强分布均匀,但逐渐减弱,换能器的频率愈高,直径愈大,则声波束的指向性越好,其能量越集中。
1.2超声的反射与散射超声在密度均匀的介质中传播,不产生发射和散射。
当通过不同的介质时,在两种介质的交界面上产生发射与折射或散射与绕射。
超声波的频率较大,波长较小,一般不考虑衍射与干涉。
（1）反射、折射与透射:凡超声束所遇界面的直径大于超声波波长(称大界面)时,产生反射与折射。
反射声强取决于两介质的声阻差异及入射角的大小。
垂直入射时,反射声强最大。
反射声能愈强则折射或透射声能愈弱。
超声波
八、生殖系统：适量的超声波可使精子数目 增加，精子活动性增强，受孕率提高。促 进卵巢滤泡形成。影响胚胎发育。 九、眼：可使眼球血管扩张、促进前房与玻 璃体内的渗出和出血的吸收和消散，改善 视神经营养，恢复眼睛功能。
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超声波治疗技术和方法
一、超声波的治疗设备 １、超声波的发生 逆压电效应：在晶体的两表面加一外电场， 则晶体就会发生压缩或伸长的形变。
声波的发生过程：将一定频率的交变电压加 在石英片的两侧面，石英片的厚度将随着所 加电压的周期性变化而产生相同频率的伸缩， 即机械振动。这些振动可引起周围介质分子 运动，也就是声波。
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２、超声波治疗仪器
主机（即超声发生器）：电源电路、高频 振荡器、调制器和定时器。
声头：又称换能器，是由两面镀有金属层 的压电晶体，装在一个圆柱形的金属外壳 内构成。多为圆柱形。
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超声波的传播
１、反射与折射 ２、干涉与驻波 ３、穿透与吸收 ４、声场与声束
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１、反射与折射：入射角越小，两种介质 的声阻差越小，反射的能量越少。
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２、干涉与驻波 干涉：两列声波频率相同，振动方向相同，在空 间相遇时恰为波峰与波峰相叠加，波谷与波谷相 叠加，使得质点振幅增大，或恰为波峰与波谷相 叠加，使得质点的振幅减小。
①
同一介质中，波速一定，频率越高，波长 越短； 同一频率的波在不同介质中传播时，波速 越大，波长越长。
5
医用超声波频率
诊断用 治疗用 其他
眼5～7 MHz
乳房5 MHz
躯体800～ 1000kHz
皮肤2.5～5 MHz (常用3.2 MHz)
外科2.5～5 MHz
超声波检测讲义
超声波检测讲义（UT）超声波探伤是利用超声波在物质中的传播、反射和衰减等物理特性来发现缺陷的一种探伤方法。
与射线探伤相比，超声波探伤具有灵敏度高、探测速度快、成本低、操作方便、探测厚度大、对人体和环境无害，特别对裂纹、未熔合等危险性缺陷探伤灵敏度高等优点。
但也存在缺陷评定不直观、定性定量与操作者的水平和经验有关、存档困难等缺点。
在探伤中，常与射线探伤配合使用，提高探伤结果的可靠性。
超声波检测主要用于探测试件的内部缺陷。
1、超声波：频率大于20KHZ的声波。
它是一种机械波。
探伤中常用的超声波频率为0.5~10MHz，其中2~2.5MHz被推荐为焊缝探伤的公称频率。
机械振动：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。
振幅A、周期T、频率f。
波动：振动的传播过程称为波动。
C=λ*f2、波的类型：（1）纵波L：振动方向与传播方向一致。
气、液、固体均可传播纵波。
（2）横波S：振动方向与传播方向垂直的波。
只能在固体介质中传播。
（3）表面波R：沿介质表面传播的波。
只能在固体表面传播。
（4）板波：在板厚与波长相当的薄板中传播的波。
只能在固体介质中传播。
3、超声波的传播速度（固体介质中）（1） E：弹性横量，ρ：密度，σ：泊松比，不同介质E、ρ不一样，波速也不一样。
（2）在同一介质中，纵波、横波和表面波的声速各不相同 CL＞CS＞CR钢：CL=5900m/s， CS=3230m/s，CR=3007m/s4、波的迭加、干涉、衍射⑴波的迭加原理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它波一样，这就是波的迭加原理，又称波的独立性原理。
⑵波的干涉两列频率相同，振动方向相同，位相相同或位相差恒定的波相遇时，介质中某些地方的振动互相加强，而另一些地方的振动互相减弱或完全抵消的现象叫做波的干涉现象。
细胞超声条件
细胞超声是利用超声波技术对细胞进行非侵入性观察和研究的方法，为了获得高质量的细胞超声图像，需要满足以下条件：
1. 超声波频率和功率：细胞超声的频率通常在100 kHz～30 MHz 之间，功率在数千瓦以内。
高频率、高功率的超声波可以获得更清晰的细胞图像，但也可能对细胞造成损伤，因此需要选择合适的频率和功率。
2. 超声时间：超声破碎细胞的时间一般在数秒到数分钟之间，时间过短可能无法获得足够的细胞内容物，时间过长则可能导致细胞损伤。
3. 温度：细胞超声通常在冰浴条件下进行，以降低温度对细胞的影响。
4. 间隙时间：在连续的超声波照射之间，需要有一定的间隙时间，以使细胞得到恢复和保护。
5. 细胞样品：细胞样品需要是单层的，否则会影响超声波的传播和细胞的破碎效果。
需要注意的是，细胞超声波技术是一种具有破坏性的方法，会直接作用于细胞，因此在使用时需要谨慎选择参数并注意安全防护。
超声波检测级考试计算公式汇总
超声波 检 测2级 基 础 知 识 计 算 公 式超声波频率： f>20000Hz 声波频率： 20Hz<f<20000Hz 次声波频率： f<20Hz金属材料超声波检测常用频率： ~10MHz 机械振动：T =1 f谐振动方程：y = Acos(ωt + φ)阻尼振动方程：y = A 0e -βtcos( ωt + φ0 ) 受迫振动方程：y = Acos( Pt + φ)机械波主要物理量：c = λf 或 λ = c/ f平面波波动方程：y = Acos ω ( t - xc ) 柱面波波动方程：y =A cos ω( t -x )√xc球面波波动方程：y = Ax cos ω ( t -x c )无限大固体介质中声速E√1- σ纵波： c L = √σ)( 1- 2σ)ρ( 1+ G 1横波：cs =√ρ√2(1+σ)0.87- 1.12σE 1表面波： c R = 1+ σ √ ?2(1+ σ)ρc L()c R 0.87+ 1.12σ2 1- σ=同一介质中 := √c s 1+ σc s1- 2σc >c >cR c ：c ：c =:1:LsLsRE细长棒中纵波波速：c Lb =√ρ钢中波速：c L = 5900m/ s c s = 3230m/ s水中波速：c L =1480m/ s有机玻璃波速：c L =2730m/ s c s = 1460m/ s液体、气体中纵波声速： c = √Bρ超声场特征值声压：P= - ωAsin ω( t - x?c)声压幅值：P m = ρ cωΑ = ρ cu质点振动速度：u = 2πf Α声阻抗：Z ? ρc= P u =2声强：I= 2Z P声强级（贝尔）：= lg ( I 2 ?I 1)分贝差（ dB）： = 10lg ( I 2 ?I 1) = 20lg ( P2 ?P1) = 20lg (H2?H1 )奈培（）：= ln (P2 ?P1)NP1NP= 1dB= 单一平面反、透射率声压： r = P r Z2- Z1t =P t 2Z2 P=Z+Z P=Z+Z0 2 1 0 2 1 Z2- Z1 4Z1Z2声强： R = ( Z2+ Z1) T = ( Z2+ Z1) 2T+R=1 t-r=1声压往复透射率：T =4Z1Z2 (Z +Z )21 2超声波倾斜入射界面纵波折反射定律：sin αL= sin α′L= sin α′s= sin βL = sin βs C LCL1Cs1CL2Cs2第一临界角：αⅠ = arcsin C L1CL2第二临界角：αⅡ = arcsin C L1 Cs2sin αs= sin α′s= sin α′L= sin βL = sin βs横波折反射定律：Cs1 CL1CL2Cs2Cs1 第三临界角：αⅢ = arcsin C s1 CL1有机玻璃 / 钢临界角：αⅠ=° αⅡ =°αⅢ= °平面波在曲界面上的反射平面波入射球面时，曲面轴线上的反射声压：P x = P0 | f | ,f=r/2x±ff平面波入射到柱面时，曲面轴线上的反射声压：P x =P0√|| ,f=r/2x ±f平面波在曲界面上的反射平面波入射球面透镜时，曲面轴线上的反射声压：fPx =tP 0 | x±f | ,f=r/2平面波入射到柱面透镜时，曲面轴线上的反射声压：P x = tP 0√|f| ,f=r/2x±f超声波衰减薄板（ t<200mm）工件衰减系数：α= 20lg ( B m? B n)-δ2(n- m) x厚>200mm板材及轴类件衰减系数：α= 20lg (B1? B2)- 6-δ2x纵波发射声场2圆盘波源近场区长度：N≈D s=F s4λπλ波速指向性和半扩散角半扩散角：θ 0 =arcsin 1.22λ?D s≈70λ?D s2波束未扩散区：b≈2.D44sλ = 1.64N矩形波源的纵波声场YOZ 半扩散角：φ0 = arcsin λ2b ≈57 λ2b XOZ 半扩散角：θ0 = arcsin λ2a ≈57 λ2aF s 矩形波源的近场区长度：N = πλ 纵波近场区在两种介质中分布′C 水 D2C 水 水/ 钢近场区：基于钢计算= N- L= s- LN钢C 钢4λ 钢C 钢′C 水D2C 水基于水计算（NsN= - L)C 钢= (4λ 水- L)C 钢水规则反射体平底孔直径一定，距离增加一倍，其回波下降 12dB 平底孔距离一定，直径增加一倍，其回波升高 12dB 长横孔直径一定，距离增加一倍，其回波下降 9dB 长横孔距离一定，直径增加一倍，其回波升高 3dB短横孔直径和长度一定，距离增加一倍，其回波下降 12dB 短横孔直径和距离一定，长度增加一倍，其回波上升 6dB 短横孔长度和距离一定，直径增加一倍，其回波升高 3dB 球孔直径一定，距离增加一倍，其回波下降 12dB 球孔距离不变，直径增加一倍，其回波上升 6dB 大平底面距离增加一倍，其汇报下降 6dB。
超声波资料
超声波相关信息1.超声波的原理和特性1.1超声波的原理在弹性介质中，如果波源所激起的频率，在20Hz到20000Hz之间，就能引起人的听觉。
在这一频率范围内的振动称为声振动，由声振动所激起的纵波称为声波。
超声波是以人耳能听到的声波频率为基准，其频率高于20000Hz，为不可闻的声波称为超声波，超声波频率可高达1011Hz。
(1)超声波是机械波在传播过程中其能量可为介质吸收而衰减。
在均匀介质中平面波通过极薄的厚度为dx一层介质后振幅的减弱(-dA)应正比于此处的振幅A，也正比于这厚度dx，即-dA =μAdx比例系数μ与介质的性质和波动的频率有关，称为介质的吸收系数。
经过积分得A =Ae-μx由于波的强度与振幅的平方成正比，所以平面波强度衰减的规律是I= Ie-2μx上式表明，波的强度随着传播距离的增加按指数规律衰减。
(2)波的反射和折射。
声压的幅值为Pm=Aωρv式中ρ为介质密度， v为介质波速。
Aω=Um是介质质元振动的幅值。
设Z = ρv，则Pm /Um=Z，即当声压幅值Pm确定时，Z值增大，则Um减小，形式上和欧姆定律相似，Z和电阻相当，故称之为介质的声阻抗。
声波在两种不同介质的分界面上将发生反射和折射。
反射声波和入射声波的声强之比I1/I称为声波的反射系数，用β表示，当声波垂直入射到分界面上时Z2-Z1β=〔————〕2Z2+Z1式中Z1=ρ1v1，Z2=ρ2v2分别表示介质1和2的声阻抗。
折射声波和入射声波的声强度之比I2/I称为折射系数，用α表示，声波垂直入射时4Z1Z2α= ————(Z1+Z2)2当Z2>>Z1或Z2<<Z1时，声波的反射系数β=1，声波在分界面上几乎发生全反射现象。
例如空气和人体软组织的声阻抗相差很大， β≈1，因此，在超声诊断疾病时，若直接将探头放在人体软组织上，则超声波几乎被全反射，不能进入人体，所以要在探头与人体间涂上石蜡油作为耦合剂，使β降低。
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第三章 超声波检测 第一节 超声检测的基本原理
二、超声波基础 （二）超声波的分类
（４）板波：
定义：在板厚与波长相当的弹性薄板中传播的波动，也称 兰姆波（Lａｍｂ波）。
形式：对称性（S型）和非对称性（A型） 特点：①只产生在大约一个波长的薄板内；②与表面波不
同，在两表面和中间层同时振动，构成全板振动； ③只在薄板中传播。 应用： ①测量厚度，薄管和薄壁管内分层、裂纹缺陷；② 探测复合材料的粘合质量③探测晶粒结构及热处理 情况等④主要利用兰姆波来检测厚度与波长相当的 薄金属板材。
根据质点的振动方向（波型）分类： （１）纵波“L” （２）横波“S” （３）表面波：瑞利波“R”和乐甫波“SH ” （４）板波：对称性（S型）和非对称性（A型）
根据波阵面的形状分类：（１）球面波 （２）柱面波 （３）平面波 （４）活塞波
按振动的持续时间分类：（１）连续波 （２） 脉冲波
第三章 超声波检测 第一节 超声检测的基本原理
一、机械振动和机械波
2、机械波 1）定义：机械波是机械振动在弹性介质中的传
播过程。如水波、声波、超声波等。 2）产生机械波的条件： ①要有作机械振动的波源 ②有能传播机械振动的弹性介质。 3）物理量：波长、频率和波速 C=λf或λ=C/f
第三章 超声波检测
第一节 超声检测的基本原理
二、超声波基础 （一）超声波及其特性
①连续波
波源持续不断的振动，振动时间为无穷时的波 在连续法探伤中（如中厚板80通道探头自动探伤）就采用 连续波。这种波不需要用高频振荡脉冲激励，工艺过程实现 比较容易，但发射能量低。
②脉冲波
波源每次的振动时间很短，但间歇时间长，呈间歇辐射， 构成脉冲波。
超声波检测中最常用的是脉冲波。采用脉冲波主要是因为 它有很强的辐射能量。我们要求脉冲在起振后尾部的能量要 很快的衰减，脉冲要尽量的窄，这样可以提高分辨率。
二、超声波基础 （二）超声波的分类
（３）表面波：
定义：沿介质表面传播的波动称为表面波
类型：包括瑞利波和乐甫波。乐甫波目前应用较少。
瑞利波定义：是当材料的厚度大于波长时，在一定条件下
产生的表面波，用“R”表示。
特点：①在表面2个波长内传播，随穿透深度的增加，质点
振动能量下降很快。②跟横波一样，瑞利波不能在
第三章 超声波检测 第一节 超声检测的基本原理
2）例子：
直接觉察——弹簧振子、钟摆和汽缸中活塞运动。
难以觉察——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。
3）物理量：振幅、周期或频率和初始相位 T 1 2π
间歇振动方程式：
fω
第三章 超声波检测
第一节 超声检测的基本原理
一、机械振动和机械波
第三章 超声波检测
第一节 超声检测的基本原理
第三章 超声波检测
目录
第一节 超声检测的基本原理 第二节 超声检测设备 第三节 超声检测技术 第四节 超声检测的应用 第五节 超声检测的新近进展
第三章 超声波检测
第一节 超声检测的基本原理
一、机械振动和机械波
1、机械振动
1）定义：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。
第三章 超声波检测 第一节 超声检测的基本原理
二、超声波基础 （二）超声波的分类
除了上述四种波型外，还有头波和爬波，特别是后者 能够以纵波的速度在介质表面下传递，适合用于检测表面特 别粗糙，或者表面存在不锈钢堆焊层等情况下的近表层缺陷 检测。
第三章 超声波检测 第一节 超声检测的基本原理
二、超声波基础 （二）超声波的分类
板；也可以检测大口径管中平行于管轴的周向缺 陷；焊缝和母材中平行于焊缝面缺陷。
动画演示
第三章 超声波检测 第一节 超声检测的基本原理
二、超声波基础 （二）超声波的分类
第三章 超声波检测 第一节 超声检测的基本原理
二、超声波基础 （二）超声波的分类
（２）横波“S”
定义：质点的振动方向与传播方向相垂直的超声波，用 “S”表示。
二、超声波基础 （二）超声波的分类
（１）纵波“L”
定义：质点的振动方向与波的传播方向相平行的超声波， 用“L”表示。超声波检测中应用最普遍的波型。
特点：①是唯一在液体、气体和固体中均能传播的波型； ②可以获得传播方向垂直于工件表面的波； ③在技术上纵波的发生和接收都较容易，常用纵波
声源经波型转换后得到所需波型。 应用：主要用来检测与表面平行缺陷。如铸件、锻件、钢
第三章 超声波检测
第一节 超声检测的基本原理
二、超声波基础 （一）超声波及其特性
2.超声波的特性 超声波波长很短，这决定了超声波具有一些重要 特性，使其能广泛应用于无损检测。
指向性好 穿透能力强 在界面处会产生反射、折射和波型的转换 对人体无伤害
第三章 超声波检测
第一节 超声检测的基本原理
二、超声波基础 （二）超声波的分类
特点： ①只能在固体中传播 ②灵敏度高，分辨率较好。
应用：故主要用来检测与表面不平行的缺陷。如大口径管 材中的径向缺陷，焊缝中横向和纵向缺陷，还有铸 件、锻件、钢板中少见的倾斜缺陷。检测的基本原理
二、超声波基础 （二）超声波的分类
第三章 超声波检测 第一节 超声检测的基本原理
1.超声波的定义
超声波(Ultrasound)是指频率超过2万Hz，即人在自然环境 下无法听到和感受到的声波，属于机械波。
机械波以频率可分为：次声波（f ＜20Hz） 可闻声波（20Hz＜f ＜20kHz） 超声波（f ＞20kHz）
超声波探伤用频率在0.2一25MHz之间, 其中最常用的频 段为0.5一10MHz之间。 较低频率用于检测粗晶材料和衰减较大的材料 较高频率用于检测细晶材料和要求高灵敏度处。 特殊要求的检测频率可达10一20OMHz。
液体与气体中传播。
应用：检测表面和近表面缺陷（渗碳层或复盖层），对表
面裂纹具有很高的灵敏度。
动画演示
第三章 超声波检测 第一节 超声检测的基本原理
二、超声波基础 （二）超声波的分类
介质质点做椭圆运动，椭圆的长轴垂直于波的传播方向， 短轴平行于波传播方向，可视为纵向运动和横向运动的合 成。 表面波只能在固体表面传播，其能量随距离表面深度的增 加迅速减弱。通常认为表面波只能检测距离表面两倍波长 的深度内的缺陷。