超声波
超声波的定义及特性

=sin-1((c2/c1)·(c1/c2)
3
=90° ———— 折射波沿界面传播
4
当θi>θc 时,可得:sinθt>1
5
θt非实角,故没有折射波,而发生全反射
6
θc=sin-1(c1/c2) 称为全反射角。
7
在c1<c2的情况下
③发生全反射的条件
2.传播的力学特性
上述的折射波也称透射波。反射波、透射波关于 入射波的相对强弱由反射系数和透射系数来反应。 (1) 定义 声压反射系数: 声压透射系数: 声强反射系数: 声强透射系数:
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
电磁能
约3×108 m/s
无线电波、光波、X、γ射线
机械波
介质
机械能
几百至几千 m/s
水波、地震波、声波
第一章 医学超声学基础 第一节 超声波的定义及特性
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波,根据其性质可分为两大类:
一、声波的定义
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声波按频率(f)的分类
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 医学超声仪的频率范围:200 kHz-40 MHz 超声诊断仪的频率范围: 1 MHz-10 MHz 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。
假定:平面声波,沿x方向传播
基本方程
运动方程: ①
连续方程: ②
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
超声波的使用方法

超声波的使用方法
超声波是一种机械波,其频率高于人类可听到的音波频率,通常用于成像、测距、测速等应用。
以下是超声波的一些常见使用方法:
1. 超声波成像:超声波可以穿透物体,并通过接收器接收回波信号,从而生成物体的图像。
这在医学上常被用于产前检查、器官检查和病变检测等。
2. 超声波测距:通过发送一束超声波,并测量收到回波的时间延迟,可以计算出物体与超声波源的距离。
这在测量液体或物体的距离、水位或液位检测等方面有广泛应用。
3. 超声波清洗:超声波在液体中产生强烈的震荡和微小的气泡,这些气泡爆破时可释放出巨大的能量,有助于清洁物体表面。
因此,超声波清洗常用于清洗眼镜、珠宝、器具等物品。
4. 超声波检测:通过发送超声波并测量回波信号的强度和频率,可以检测物体的缺陷、材料的密度和性质等信息。
这在工业领域中用于质量控制、无损检测等方面应用广泛。
5. 超声波治疗:超声波的机械振动能够产生热量,并刺激组织修复和血液循环。
因此,超声波在物理治疗中被用于疼痛缓解、肌肉松弛等方面。
总而言之,超声波的使用方法多种多样,从医学到工业等各个领域都有广泛应用。
超声波的发射原理

超声波的发射原理
超声波是一种机械波,它是通过声源发射出去的,具体的发射原理如下:
1. 超声波发射装置:超声波发射器通常由一个压电陶瓷晶体构成。
这个晶体可以通过施加电压而发生振动,在振动过程中产生声波。
2. 压电效应:压电晶体具有压电效应,也就是当施加电压时会发生形变。
当电压施加到压电晶体上时,晶体会振动,产生压力波,从而生成超声波。
3. 振动频率控制:通过改变施加到压电晶体的电压,可以控制晶体的振动频率,进而控制超声波的频率。
一般来说,超声波的频率在20kHz到10MHz之间。
4. 超声波传播:振动的压电晶体会使周围的介质产生振动,从而形成超声波。
超声波在介质中的传播速度取决于介质的密度和弹性模量。
5. 接收器:超声波在被传播的过程中,可以被接收器接收到。
接收器通常也是一个压电陶瓷晶体,当超声波到达时,晶体会产生电荷,这个电荷可以通过放大电路来转换成电信号。
总结起来,超声波的发射原理是通过压电效应产生振动的压电晶体,通过改变电压控制振动频率,并在介质中产生压力波从而形成超声波。
超声波可以被接收器接收并转换为电信号。
超声波的资料简介

超声波的资料简介超声波是一种具有高频声波特性的机械波,它的频率通常超过人类听力范围的上限,即2万赫兹。
由于超声波在空气中的传播速度高,具有较强的穿透力和精确的测量能力,因此在科学研究、医学诊断、工业检测等领域得到了广泛应用。
超声波的产生与检测主要依赖于超声波发生器和超声波传感器。
当超声波发生器产生高频声波信号时,超声波传感器会将这些信号转化为电信号进行处理和分析。
超声波传感器一般由压电材料制成,其中的压电晶体在受到声波激励时会产生电信号。
通过控制超声波发生器的频率和幅值,可以调节超声波的穿透能力和探测灵敏度。
超声波在医学领域中的应用十分广泛。
超声波成像技术是一种无创性的诊断方法,通过对人体内部组织和器官的超声波反射情况进行分析,可以获取图像信息,帮助医生进行疾病诊断和治疗。
此外,超声波在产前检查中也起到了关键的作用,可以对胎儿的发育情况进行监测和评估。
在工业领域,超声波的应用也十分广泛。
超声波无损检测技术可以用于对工件的内部缺陷进行探测,例如金属材料中的裂纹、气孔等。
此外,超声波在液体中的传播速度与液体的密度和黏度有关,因此可以通过测量超声波的传播速度来判断液体中的成分和浓度,如在食品工业中用于酒精浓度的检测。
超声波在海洋勘探和地质勘探中也有重要应用。
超声波可以穿透水和土壤,通过测量超声波的反射和传播时间来推测地下水资源和地质构造。
超声波在地震勘探中也有应用,可以用于探测地下油气层和岩石构造。
总的来说,超声波作为一种无损、高效的检测和测量方法,在各个领域中都发挥着重要的作用。
随着科技的不断发展,超声波技术也将不断创新和完善,为人类的生活和工作带来更多的便利和发展机遇。
超声波检测的三种基本方法

超声波检测的三种基本方法
超声波检测方法可以根据其原理分为以下三种:
1. 脉冲反射法:这种方法利用超声波探头发射脉冲波到被检测物体内,根据反射波的情况来检测物体缺陷。
它包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。
2. 穿透法:这种方法依据脉冲波或连续波穿透物体之后的能量变化来判断缺陷情况。
穿透法常采用两个探头,一收一发,分别放置在物体的两侧进行探测。
3. 共振法:当声波(频率可调的连续波)在被检测物体内传播,当物体的厚度为超声波的半波长的整数倍时,将引起共振,仪器显示出共振频率。
当物体内存在缺陷或物体厚度发生变化时,将改变物体的共振频率,依据物体的共振频率特性,来判断缺陷情况和物体厚度变化情况。
以上内容仅供参考,建议查阅专业超声波书籍获取更全面和准确的信息。
超声波的工作原理

超声波的工作原理
超声波是一种机械波,也是一种高频率的声波,其频率通常超过人耳能够听到的范围(20 kHz)。
超声波的工作原理主要涉及到压电效应和多次反射。
首先,超声波是通过压电晶体引发的。
压电晶体被施加电场后,会产生机械振动,这种振动以超声波的形式传播出去。
当超声波遇到物体表面时,部分超声波会被反射回来,而另一部分则会穿透物体继续传播。
接收器会接收到反射回来的超声波信号,并将其转化为电信号进行处理。
通过测量超声波的传播时间以及反射强度的变化,我们可以获取到物体的一些特征信息,如距离、形状、密度等。
这也是超声波在医学、工业、测量等领域应用广泛的原因之一。
需要注意的是,超声波在不同介质中的传播速度是不同的,这也是超声波得以用于测量物体性质的基础。
在超声波的应用过程中,我们通常会根据物体的特殊性质来选择适当的超声波频率和探头。
总之,超声波的工作原理可以简单归纳为压电晶体的振动引发超声波传播,通过测量超声波的传播时间和反射强度来获取物体特征信息。
超声波的震动原理

超声波的震动原理
超声波的震动原理是基于声波传播的原理。
声波是一种能量在介质中传播的机械波,是由物质的振动引起的。
当物体振动时,空气分子也随之振动,形成了一系列的压缩和膨胀。
这些压缩和膨胀形成了声波的传播。
超声波是指频率超过20kHz的声波。
超声波在空气中的传播
速度大约为343 m/s,相比于人耳可以听到的声音的速度更快。
超声波可以通过震动源产生,并通过不同介质中的传播来实现目标。
超声波震动原理是基于压电效应或洛伦兹力的。
压电材料是一种特殊的物质,当施加外力或变形时,可以产生电荷分布的改变。
利用压电材料的特性,可以将电能转化为机械振动能量,并通过超声波的方式传播出去。
另一种原理是利用洛伦兹力。
当电流通过导电线圈时,会在导线周围产生磁场。
当磁场与永久磁铁或其他磁场相互作用时,就会产生力的作用。
这种力被称为洛伦兹力。
通过合理的设计和布置,可以产生超声波的震动效果。
总的来说,超声波的震动原理是通过物质的振动和声波传播来实现的。
压电效应和洛伦兹力是产生超声波振动的两种常用原理。
这些原理在超声波应用中起着重要的作用,例如医学超声设备、工业检测和清洁、声纳等领域。
超声波有何特点

超声波有何特点
超声波是一种频率高于人类听觉范围(20千赫兹)的机械波。
它具有以下特点:
1. 频率高:超声波的频率通常在20千赫兹以上,可以达到数百兆赫兹。
由于频率高,超声波在传播过程中能够产生更小的波长,具有更强的穿透力和更精确的定位能力。
2. 穿透力强:超声波在介质中传播时,能够穿透许多物质,包括液体、固体和气体。
由于其频率高和波长短,超声波能够穿透人体组织和材料,并在其中产生反射、折射和散射现象,从而用于成像、检测和测量等应用。
3. 反射性强:超声波在不同介质之间传播时,会产生反射现象。
利用超声波的反射特性,可以对介质中的缺陷、界面和结构进行非破坏性检测和成像,广泛应用于医学、工业、生物学等领域。
4. 频散性:由于超声波在介质中传播时,频率较高,不同频率的超声波在介质中传播速度可能不同,导致波包的频散现象。
频散性使得超声波在长距离传播过程中波包可能发生变形,需要进行补偿或校正。
5. 成像分辨率高:超声波成像技术可以实现非常高的空间分辨率,能够清晰地显示被检测物体的内部结构、形态和位置,对于医学诊断、材料检测等领域具有重要应用价值。
6. 无辐射危害:超声波是一种机械波,与X射线和γ射线相比,超声波没有电离辐射,不会对生物组织产生辐射危害,因此被广泛应用于医学诊断中。
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UltrasoundA Deep Thermal & Non-thermalMechanical ModalityCAI BIN▪对于一位前臂开刀半年后产生黏连性疤痕组织的病患,下列超声波治疗参数的组合,何着最为合适?▪A. 間歇性:1MHZ ;0.5watt/cm2▪B. 間歇性:1MHZ ;1-2 watt/cm2▪C. 連續性:3MHZ ;0.5 watt/cm2▪D. 連續性:3MHZ ;1-2 watt/cm2纲要▪基础部分▪临床部分What is Ultrasound?▪Located in the Acoustical Spectrum▪May be used for diagnostic imaging, therapeutic tissue healing, or tissue destruction▪Thermal & Non-thermal effects▪We use it for therapeutic effects▪Can deliver medicine to subcutaneous tissues (phonophoresis)超声波▪超声波是指频率在20KHz以上,不能引起正常人听觉反应(16~20KHz)的机械振动波▪Therapeutic ultrasound waves range from 750,000 to 3,000,000 Hz (0.75 to 3 MHz)▪近年多采用1MHz、3MHz超声物理特性▪超声波与声波的本质相同,都是物体的机械振动在弹性介质中传播所形成的机械振动波。
▪在传播时产生一种疏密交替的弹性纵波,具有一定的方向性;Frequency▪Frequency:number of times an event occurs in 1 second; expressed in Hertz or pulses per second•Hertz:cycles per second•Megahertz:1,000,000 cycles per second▪In the U.S., mainly use ultrasound frequencies of 1,2 and3 MHz▪1 = low frequency; 3 = high frequency▪↓frequency = ↑depth of penetration▪↑frequency = sound waves are absorbed in more superficial tissues (3 MHz)Velocity▪The speed of sound wave is directly related to the density (↑velocity = ↑density)▪Denser & more rigid materials have a higher velocity of transmission▪At 1 MHz, sound travels through soft tissue @ 1540 m/sec and 4000 m/sec through compact bone物理特性超声波的传播速度与介质的特性有关,而与声波的频率无关;介質的密度越大,則音波的傳遞速度就愈快。
例如:空氣(344m/s)<水(1410m/s)<肌肉、軟組織(1540m/s)<骨骼(4000m/s)Influences on the Transmission ofEnergy▪Reflection–occurs when the wave can’t pass through the next density▪Refraction–is the bending of waves as a result of a change in the speed of a wave as it enters a medium with a different density▪Absorption–occurs by the tissue collecting the wave’s energyAttenuation▪Decrease in a wave’s intensity resulting from absorption, reflection, & refraction▪US penetrates through tissue high in water content & is absorbed in dense tissues high in protein▪the half value depth•The average 1/2 value depth of 3MHz ultrasound istaken at 2.5cm and that of 1MHz ultrasound as 4.0 cm组织对超声波的吸收能力▪組織中的含水量如果愈高,則能量的吸收就越少▪人體組織中,蛋白質的含量愈高則能量的吸收就愈多▪對超音波的吸收力:骨頭>軟骨>肌腱>皮膚>肌肉>神經>脂肪>血液Attenuation: Acoustic Impedance ▪Determines amount of US energy reflected at tissue interfaces•If acoustic impedance of the 2 materials forming theinterface is the same, all sound will be transmitted•The larger the difference, the more energy is reflected & the less energy that can enter the 2nd medium▪US passing through air = almost all reflected (99%)▪US through fat = 1% reflected▪Both reflected/refracted @ m. interface▪Soft-tissue: bone interfaced = much reflected物理特性超声波在两种不同介质中传播,在声阻不同的两界面就会发生反射和折射现象,两种介质的声阻差愈大,则反射能量愈多。
Soft-tissue: bone interfaced = much reflectedIntensity Output & Power▪Power:measured in watts (W);•amount of energy being produced by the transducer▪Intensity:strength of sound waves @ a given location within the tissues being treatedIntensity Output & Power▪Spatial Average Intensity (SAI):amount of US energy passing through the US head’sERA(Effective Radiating Area );•expressed in watts per square centimeter (W/cm2)(power/ERA)•Changing head size affects power density (larger headresults in lower density)•Limited to 3.0 W/cm2 of maximum output▪Spatial Peak Intensity (SPI):max. output (power) produced within an ultrasound beamIntensity Output & Power▪Spatial Average Temporal Peak Intensity (SATP): average intensity during the “on”time of the pulse •Output meter displays the SATP intensity▪Spatial Average Temporal Average Intensity (SATA) or Temporal (time) Average Intensity:•Power of US energy delivered to tissues over a given period of time •Only meaningful for Pulsed US•SAI x Duty CyclesBeam Nonuniformity Ratio (BNR) Ratio between the spatial peak intensity (SPI) to the average output as reported on the unit’s meter•The lower the BNR, the more uniform the beam is•A BNR greater than 8:1 is unsafe•Because of the existence of high-intensity areas in the beam (hot spots), it is necessary to keepthe US head movingBNR spatial peak intensity SPI物理特性超声波的声场不均匀,因此,在治疗时声头位在治疗部位缓慢移动。
Duty Cycle vs.Pulse Ratio▪Percentage of time that US is actually being emitted from the head▪Ratio between the US’s pulse length & pulse interval when US is being delivered in the pulsed mode•Pulse length= amount of time from the initial nonzerocharge to the return to a zero charge•Pulse interval–amount of time between ultrasonicpulses•Duty cycle= pulse length/(pulse length + pulseinterval) x 100•100% duty cycle indicates a constant US output•Low output produces nonthermal effects (20%)Pulse Ratio▪Duty Cycle=on: (on+off)▪Pulse Ratio=on:offMode Pulse Ratio Duty CycleContinuous100%Pulsed1:150%1:233%1:325%1:420%1:910%纲要▪基础部分▪临床部分超声波与热疗超声波属于深层热疗,它具有别的热疗所没有的按摩效果,更是所有热疗中透热深度最深的,也是最需要治疗技术的。