第一章 超声波探伤物理基础 |
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| 1.1 第一节：超声波的一般概念 |
一、超声波的定义及基本物理量 |
| 超声波的定义：超声波(Ultrasound)是指频率超过2万赫兹(Hertz,Hz)即超过人耳听阈高限的声波,属于机械波。 |
| （一）超声波有三个基本物理量，即频率（f），波长（λ），声速（c）。频率（Frequency）就是在每秒钟内，介质所振动的次数，以f表示，单位为赫（Hz）；声速（Speed of sound） 指声波在传播介质中的传播速度，用c表示；波长（Wavelength为完成一次完全振动的时间内所传播的距离，以λ表示。三者的关系是：c=f·λ或λ=c/f，传播超声波的媒介物质叫做介质。 |
| （二）相同频率的超声波在不同介质中传播，声速不相同。 |
| （三）声阻抗（Acoustic impedance） 是用来表示介质传播超声波能力的一个重要的物理量，其数值的大小由介质密度ρ与声波在该介质中的传播速度C的乘积所决定，即： Z=ρ·C ，单位为Kg／m2·s。 |
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| 二、超声波的物理性能 |
| （一）超声波在介质中传播时，遇到不同声阻抗的分界面且界面厚度远大于波长，会产生反射（Reflection）。人体软组织声阻抗差异很小，只要有1‰的声阻抗差，便可产生反射。由于人体软组织的声阻抗比空气的声阻抗大得多，超声波在该交界处几乎全部被反射，故超声的进行检查需用耦合剂，同样原因，超声一般不适合于检查肺、骨等与周围软组织声阻抗差别极大的脏器。超声诊断仪就是利用人体组织对超声波的反射作用，从声反射波中提取医学诊断信息的。 |
| （二）当分界面两边的声速不同时，超声波透入第二种介质后，其传播方向将发生改变即产生折射（Refraction）。声波从一种小声速介质向大声速介质入射时，声波经过这两种介质的界面后出现折射波的折射角大于入射角。当入射角超过临界角（90°）时，相应的折射波消失，出现全反射。我们在进行超声检查时，需要尽可能地将声束垂直于界面，避免入射角过大，否则将会引起反射体的实际位置与显示位置发生错位，甚至出现全反射，从而导致超声无法检查该界面以下的组织器官。 |
| （三）当障碍物的直径等于或小于λ／2，超声波将绕过该障碍物而继续前进，这种现象称为绕射（Diffraction），故超声波波长越短（即频率越高），能发现障碍物越小，也就是说分辨力越好，超声图象也越清晰，不过对组织的穿透力较差。 |
| （四）超声波在传播中遇到粗糙面或极小的障碍物（或一组小障碍物形式）时，将有一部分能量被散射（Scattering） |
（五）超声波在介质内的传播过程中，随着传播距离的增大，声波的能量逐渐减少，这一现象称为声波衰减（Acoustic attenuation）。声波衰减与介质对声波的吸收(Acoustic absorption)、散射以及声束扩散等原因有关，其中吸收是衰减的主要因素。 |
（六）多普勒效应（Doppler effect） 为声源与接收器之间的相对运动而导致声波频率发生改变的现象。当声源与接收器作相向运动时，接收器所接收到的声波频率高于声源所发出的频率，如两者的运动方向相反时，则接收频率低于声源所发出的频率，两者的频率差为频移（Frequency shift）。超声多普勒仪器的超声源和接收器均安装在探头（换能器）中，探头工作时，换能器发出超声波，由运动着的红细胞发出散射回波，再由接收换能器接收此回波。因此接收换能器所收到的超声回波的频率经过了两次多普勒效应过程，所以收发超声频率之差与血流相对于换能器运动速度的两倍成正比 |
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