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超声波的基础知识课堂Ⅱ

时间:2019-07-02    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

今天主要讲讲关于超声波的6个物理量


1. 声速

   声波在介质中单位时间内传播的距离,称为声速。用符号 c 表示,单位为 m/s( / ) 。声波的传播过程实质上是能量的传递过程,它不仅需要一定时间,而且其传递速度的快慢还与介质的密度及弹性、介质的特性以及波动的类型有关。

 

2. 周期和频率

  质中的质点在平衡位置往返振动 1 次所需要的时间叫周期,用 T 表示,单位是秒( s );在 1s 的时间内完成振动的次数称为频率,用 f 表示,单位为周/s,又称作Hz(Hz) 。周期与频率成互为倒数关系,以下式表示:f=1/T

 

3. 波长

  在一个周期内,声波所传播的距离就是一个波长,用λ表示。对于纵波,等于两相邻密集点 ( 或稀疏点 ) 间的距离。

 

 对于横波,则是从一个波峰 ( 或波谷 ) 到相邻波峰 ( 波谷 ) 的距离λ= c/f

频率和波长在超声成像中是 2 个极为重要的参数,波长决定了成像的极限分辨率,而频率则决定了可成像的组织深度。

 

4. 声压

纵波在弹性媒质内传播过程中,媒质质点的压强是随时间变化的,媒质质点的密度时疏时密,从而使平衡区的压力时强时弱,结果导致有波动时压强(PW)与无波动时压强(PO)之间有一定额压强差(PW- PO),这一波动压强称为声压。对于一无吸收媒质的平面波,有波动时压强的最大值与没有波动作用时各点压强的差值称为压强振幅(Pm),它可由下式确定:Pm=ρcVm

即:声压振幅Pm与媒质密度ρ、质点运动速度的最大值Vm及波速 c 成正比。

5. 声强

 声强是表示声的客观强弱的物理量,它用每秒钟通过垂直于声波传播方向的1平方厘米面积的能量来度量,它的单位是焦耳/( 秒·平方厘米 ) J/(s · cm 2 ) ]。


  声强与声源的振幅有关,振幅越大,声强也越大;振幅越小,声强也越小。当声源发出的声波向各个方向传播时,其声强将随着距离的增大而逐渐减弱。这是由于声源在单位时间内发出的能量是一定的,离开声源的距离越远,能量的分布面也越大,因此通过单位面积的能量就越小。

 

6.声阻抗率

声阻抗率是描述声波传播弹性媒质的一个重要物理量。对于各向同性的均匀媒质中无衰减的平面自由行波来说,媒质中某点有效声压 P 与振动质点速度有效值 V 之比称为声阻抗率,它用 Zs 表示:

 Zs = P/ V= ρc

实际上,声压与质点振速不一定同相位,所以声阻抗率是2个同频率、但不同相的余弦量的比值,并不是一个恒量。对于无衰减的平面行波,声压和振速可视为同相,媒质各点的声阻抗率是同一个恒量ρc, 对一定频率的声波来说,它只决定于媒质密度ρ和波速c的乘积。

   声阻抗率和电学中一个无限长、无损耗传输线的特性阻抗相似,其中声压相当于电压,振速相当于电流强度,声阻抗率相当于电阻。通常声阻抗率是一个复数,其实部称为声阻率,虚部称为声抗率。人体正常组织的声阻抗率的平均值约为 1.5 ×106牛顿·秒/ m³(N·s /m³),而与超声测量有关材料的密度和。

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