超聲物理特性有哪些

1. 超聲波有哪些特性

我們把頻率高於20000赫茲的聲波稱為「超聲波」。通常用於醫學診斷的超聲波頻率為1～5兆赫。超聲波具有方向性好，穿透能力強，易於獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠等特點。可用於測距，測速，清洗，焊接，碎石等。在醫學,軍事,工業,農業上有很多的應用。

2. 超聲有什麼物理特性

聲速

聲速與介質的體彈性系數和密度有關。由於介質的彈性系數與溫度有關，因此聲速也與溫度有關。在超聲診斷的頻段中，人體組織的超聲速度與頻率無關，而且軟組織中的聲速都很接近，約為1540m/s。

波長、周期和頻率

聲波在介質中傳播時，兩個相鄰的同相位點之間的距離，如相鄰兩點稠密部之間的距離（超聲波在人體中一般是以縱波方式傳播），稱為聲波的波長，以λ表示。波向前移動一個波長的距離所需的時間，稱為聲波的周期，以T表示。介質中任何一給定點在單位時間內通過的波敝，稱為聲波的頻率，以f表示。它們之間的關系為

λ=C/f=CT

式中為聲波的傳播速度。

醫學診斷中採用的超聲波頻率在1-20MHz范圍內。

聲阻抗

介質中任意點的密度ρ與該點處聲波的傳播速度C之積為此介質在該點處的聲阻抗，以Z表示，即Z=ρC。它是表徵介質的聲學特性的一個重要物理量。聲阻抗的變化將影響超聲波的傳播。聲阻抗是採用反射回波法進行超聲診斷的物理基礎。

聲壓級與聲強級

聲壓級LP是以分貝表示的某個聲壓P與參考分壓P0的比值，即LP=20lg(P/P0)

聲強級LI是以分貝表示的某個聲強I與參考聲強I0的比值，即LI=10lg(I/I0)

聲強是表示聲的客觀強弱的物理量，它表示通過垂直於傳播方向上單位面積的能流率。聲強為

I=1/2(ρCω02A2)= p02/(2Z)

聲強的單位是mW/cm2或W/m2。

聲強與聲源的振幅有關，振幅越大，聲強也越大。對於平面超聲波，他的總功率為強度I和面積S的乘積，即W=IS。

由於超聲強度太大會破壞人體正常細胞組織，因其不可逆的生物效應。因此，國際上對診斷用超聲強度安全劑量作出規定，一般接受的安全劑量為20mW/cm2。

超聲波的指向性

對於平面園片換能器，在無吸收的介質中其波束形狀有兩個不同的區域即園柱形區和發散區或稱為近場區和遠場區。近場區的長度為D2/4λ，D為晶片直徑，λ為該介質中傳播的超聲波長。在遠場區，發散角由sinθ=1.22λ/D給出。可見，減小直徑可縮短近場長度和增大，即加寬了波束。增加頻率即減小波長時，加長了近場區，減少了發散角，可獲得較窄的波束。

聲強度沿中心軸距離的分布，近場區聲強度有劇烈的起伏變化，存在著許多聲強度為極小值的節點。這些節點可引起不希望有的盲點。在遠場區聲強都變化趨於平穩，單隨著距離的增加，聲強逐漸減弱。

超聲波的反射與折射

當一束平面超聲波入射到兩種介質交界面上時，或者聲阻抗的不連續處時，會產生反射和折射，並遵從反射和折射定律。

θI=θR

SinθI/SinθT=C1/C2

超聲波的衰減

超聲在介質中傳播，其能量將隨著距離的增加而減小，這種現象稱為超聲波的衰減。雜訊衰減的因素主要有兩類。一類是聲束本身擴散，使單位面積上的能量下降，或反射，散射的結果，使能量不能再沿著原來的方向傳播。在這一類事件中，聲波的總能量並沒有減少。另一類是，超聲傳播中，由於介質的吸收，將聲能轉換成為熱能，因而使聲能減小。著後一類的機理比較復雜，主要有粘滯吸收；弛豫吸收、相對運動吸收及空化氣泡吸收。

對於給定的頻率的超聲波，其強度和壓強幅度都隨著距離的增大而按指數規律下降，可表示為：

I(x)=I0e-2αx

P(x)=P0e-αx

式中α為衰減系數。α是頻率的函數。αmm = βfMHz。為常數。

衰減系數在很大程度上依賴於頻率。這一點，我們在設計還是臨床操作上都具有重大影響意義。實驗結果表明，在醫學超聲頻率范圍內，人體組織對超聲波的吸收系數幾乎與超聲波頻率成正比。

3. 超聲波有哪些特性

聲音是與人類生活緊密相關的一種自然現象。當聲的頻率高到超過人耳聽覺的頻率極限（20000Hz）時，人們就會覺察不出周圍聲的存在，因而稱這種高頻率的聲為「超」聲。

超聲波有如下特性。

（1）束射特性。

（2）吸收特性。

（3）超聲波的能量傳遞特性。

（4）超聲波的聲壓特性。

4. 超聲波的特性

（1）超聲波具有在氣體、液體、固體等介質中進行效傳播的能力。
（2）超聲波具有很強的傳遞能量的能力。
（3）超聲波具有反射特性，還會產生干涉、疊加和共振現象。
（4）超聲波在液體介質中傳播時，可在界面上產生空化現象和強烈的沖擊。

5. 超聲波具備哪些物理特性

超聲是機械波，由物體機械振動產生。具有波長、頻率和傳播速度等物理量。用於醫學上的超聲頻率為2.5～10MHz，常用的是2.5～5MHz.超聲需在介質中傳播，其速度因介質不同而異，在固體中最快，液體中次之，氣體中最慢。在人體軟組織中約為150m/s.介質有一定的聲阻抗，聲阻抗等於該介質密度與超聲速度的乘積。

6. 超聲波有什麼特點

由於其頻率高，因而具有許多特點：
首先是功率大，其能量比一般聲波大得多，因而可以用來切削、焊接、鑽孔等。再者由於它頻率高，波長短，衍射不嚴重，具有良好的定向性，工業與醫學上常用超聲波進行超聲探測。超聲和可聞聲本質上是一致的，它們的共同點都是一種機械振動模式，通常以縱波的方式在彈性介質內會傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點是超聲波頻率高，波長短，在一定距離內沿直線傳播具有良好的束射性和方向性，1兆Hz=10^6Hz,即每秒振動100萬次，可聞波的頻率在16-20000HZ
之間）。
超聲波是指振動頻率大於20000Hz以上的，其每秒的振動次數（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的一般上限（20000Hz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。
超聲波在媒質中的反射、折射、衍射、散射等傳播規律，與可聽聲波的規律沒有本質上的區別。但是超聲波的波長很短，只有幾厘米，甚至千分之幾毫米。與可聽聲波比較，超聲波具有許多奇異特性：傳播特性──超聲波的波長很短，通常的障礙物的尺寸要比超聲波的波長大好多倍，因此超聲波的衍射本領很差，它在均勻介質中能夠定向直線傳播，超聲波的波長越短，該特性就越顯著。功率特性──當聲音在空氣中傳播時，推動空氣中的微粒往復振動而對微粒做功。聲波功率就是表示聲波做功快慢的物理量。在相同強度下，聲波的頻率越高，它所具有的功率就越大。由於超聲波頻率很高，所以超聲波與一般聲波相比，它的功率是非常大的。空化作用──當超聲波在介質的傳播過程中，存在一個正負壓強的交變周期，在正壓相位時，超聲波對介質分子擠壓，改變介質原來的密度，使其增大；在負壓相位時，使介質分子稀疏，進一步離散，介質的密度減小，當用足夠大振幅的超聲波作用於液體介質時，介質分子間的平均距離會超過使液體介質保持不變的臨界分子距離，液體介質就會發生斷裂，形成微泡。這些小空洞迅速脹大和閉合，會使液體微粒之間發生猛烈的撞擊作用，從而產生幾千到上萬個大氣壓的壓強。微粒間這種劇烈的相互作用，會使液體的溫度驟然升高，起到了很好的攪拌作用，從而使兩種不相溶的液體（如水和油）發生乳化，且加速溶質的溶解，加速化學反應。這種由超聲波作用在液體中所引起的各種效應稱為超聲波的空化作用。

7. 超聲波的特性

1、超聲波在傳播時，方向性強，能量易於集中；

2、超聲波能在各種不同媒質中傳播，且可傳播足夠遠的距離；

3、超聲波與傳聲媒質的相互作用適中，易於攜帶有關傳聲媒質狀態的信息診斷或對傳聲媒質產生效用及治療；

4、 超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質中有效傳播；

5、 超聲波可傳遞很強的能量；

6、 超聲波會產生反射、干涉、疊加和共振現象。

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超聲效應：

當超聲波在介質中傳播時，由於超聲波與介質的相互作用，使介質發生物理的和化學的變化，從而產生一系列力學的、熱學的、電磁學的和化學的超聲效應，包括以下2種效應：

1、機械效應：超聲波的機械作用可促成液體的乳化、凝膠的液化和固體的分散。當超聲波流體介質中形成駐波時，懸浮在流體中的微小顆粒因受機械力的作用而凝聚在波節處，在空間形成周期性的堆積。

超聲波在壓電材料和磁致伸縮材料中傳播時，由於超聲波的機械作用而引起的感生電極化和感生磁化。

2、熱效應：由於超聲波頻率高，能量大，被介質吸收時能產生顯著的熱效應。

參考資料來源：網路-超聲波

8. 超聲有什麼物理特性

聲音是由物體的振動產生的.人耳能聽到的發聲頻率20～20000Hz,低於20Hz的是次聲,高於20000Hz的是超聲.超聲和人耳能聽到的聲音具有很多相同的物理特性.具體說,超聲具有以下特性：
1）超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質中有效傳播.
2）超聲波可傳遞很強的能量.
3）超聲波會產生反射、干涉、疊加和共振現象.
4）超聲波在液體介質中傳播時,可在界面上產生強烈的沖擊和空化現象.

9. 超聲有什麼物理特性

超聲波測厚儀原理
超聲波清洗屬物理清洗，由於超聲波與聲波一樣是一種疏密的振動波，在傳播過程中，介質的壓力作交替變化。在負壓區域，液體中產生撕裂的力，並形成真空的氣泡。當聲壓達到一定值時，氣泡迅速增長，在正壓區域氣泡由於受到壓力擠破滅、閉合。此時，液體間相互碰撞產生強大的沖擊波。雖然位移、速度都非常小，但加速度卻非常大，局部壓力可達幾千個大氣壓，這就是所謂的空化效應。

影響因素：
（1）工件表面粗糙度過大，造成探頭與接觸面耦合效果差，反射回波低，甚至無法接收到回波信號。對於表面銹蝕，耦合效果極差的在役設備、管道等可通過砂、磨、挫等方法對表面進行處理，降低粗糙度，同時也可以將氧化物及油漆層去掉，露出金屬光澤，使探頭與被檢物通過耦合劑能達到很好的耦合效果。
（2）工件曲率半徑太小，尤其是小徑管測厚時，因常用探頭表面為平面，與曲面接觸為點接觸或線接觸，聲強透射率低（耦合不好）。可選用小管徑專用探頭（6mm ),能較精確的測量管道等曲面材料。
（3）檢測面與底面不平行，聲波遇到底面產生散射，探頭無法接受到底波信號。
（4）鑄件、奧氏體鋼因組織不均勻或晶粒粗大，超聲波在其中穿過時產生嚴重的散射衰減，被散射的超聲波沿著復雜的路徑傳播，有可能使回波湮沒，造成不顯示。可選用頻率較低的粗晶專用探頭（2.5MHz)。
（5）探頭接觸面有一定磨損。常用測厚探頭表面為丙烯樹脂，長期使用會使其表面粗糙度增加，導致靈敏度下降，從而造成顯示不正確。可選用500#砂紙打磨，使其平滑並保證平行度。如仍不穩定，則考慮更換探頭。
（6）被測物背面有大量腐蝕坑。由於被測物另一面有銹斑、腐蝕凹坑，造成聲波衰減，導致讀數無規則變化，在極端情況下甚至無讀數。
（7）被測物體（如管道）內有沉積物，當沉積物與工件聲阻抗相差不大時，測厚儀顯示值為壁厚加沉積物厚度。
（8）當材料內部存在缺陷（如夾雜、夾層等）時，顯示值約為公稱厚度的70%，此時可用超聲波探傷儀進一步進行缺陷檢測。
（9）溫度的影響。一般固體材料中的聲速隨其溫度升高而降低，有試驗數據表明，熱態材料每增加100°C，聲速下降1%。對於高溫在役設備常常碰到這種情況。應選用高溫專用探頭（300－600°C)，切勿使用普通探頭。
（10）層疊材料、復合（非均質）材料。要測量未經耦合的層疊材料是不可能的，因超聲波無法穿透未經耦合的空間，而且不能在復合（非均質）材料中勻速傳播。對於由多層材料包紮製成的設備（像尿素高壓設備），測厚時要特別注意，測厚儀的示值僅表示與探頭接觸的那層材料厚度。
（12）耦合劑的影響。耦合劑是用來排除探頭和被測物體之間的空氣，使超聲波能有效地穿入工件達到檢測目的。如果選擇種類或使用方法不當，將造成誤差或耦合標志閃爍，無法測量。因根據使用情況選擇合適的種類，當使用在光滑材料表面時，可以使用低粘度的耦合劑；當使用在粗糙表面、垂直表面及頂表面時，應使用粘度高的耦合劑。高溫工件應選用高溫耦合劑。其次，耦合劑應適量使用，塗抹均勻，一般應將耦合劑塗在被測材料的表面，但當測量溫度較高時，耦合劑應塗在探頭上。
（13）聲速選擇錯誤。測量工件前，根據材料種類預置其聲速或根據標准塊反測出聲速。當用一種材料校正儀器後（常用試塊為鋼）又去測量另一種材料時，將產生錯誤的結果。要求在測量前一定要正確識別材料，選擇合適聲速。
（14）應力的影響。在役設備、管道大部分有應力存在，固體材料的應力狀況對聲速有一定的影響，當應力方向與傳播方向一致時，若應力為壓應力，則應力作用使工件彈性增加，聲速加快；反之，若應力為拉應力，則聲速減慢。當應力與波的傳播方向不一至時，波動過程中質點振動軌跡受應力干擾，波的傳播方向產生偏離。根據資料表明，一般應力增加，聲速緩慢增加。
（15）金屬表面氧化物或油漆覆蓋層的影響。金屬表面產生的緻密氧化物或油漆防腐層，雖與基體材料結合緊密，無名顯界面，但聲速在兩種物質中的傳播速度是不同的，從而造成誤差，且隨覆蓋物厚度不同，誤差大小也不同。
兩點校準功能，使得測量值更為准確獨有藍色背景燈光，各種環境下清晰可視低功耗，兩節干電池可使用200小時以上適合測量所有導聲材料，如鋼、鐵、塑料、陶瓷、有機玻璃等。

10. 超聲波治療的物理特性

超聲波與聲波的本質相同，都是物體的機械振動在彈性介質中傳播所形成的機械振動波。 1.因聲波是物質傳播能的一種形式，所以其傳播必須依賴介質，而在真空中則不能傳播，此與光波、電磁波不同。
2.超聲波向周圍介質傳播時，產生一種疏密的波形。這種連續的壓縮層和稀疏層交替形成的彈性波和聲源振盪的方向一致，是一種彈性縱波）。由於超聲波具有非常短的波長，可以聚集成狹小的發射線束而呈束狀直線播散，故傳播具有一定的方向性。
3.傳播速度聲波的傳播速度與介質的特性有關，而與聲波的頻率無關。聲波的傳播速度都隨介質溫度的上升而加快。
4.超聲的吸收與穿透：超聲在介質中傳播時，強度隨其傳播距離而減弱，這說明超聲能量被吸收，超聲的吸收與介質的密度、粘滯性、導熱性及超聲的頻率等有關。超聲在氣體中被吸收最大，液體中被吸收較小，固體中吸收最小，在空氣中的吸收系數比在水中約大一千倍。且介質的吸收系數又與超聲波頻率的平方成正比，因而高頻超聲在空氣中衰減異常劇烈，所以在治療中聲頭下雖是極小的空氣光泡，也應避免。
在實際工作中常用半價層或半吸收層來表明一種介質對超聲波的吸收能力。半吸收層是指超聲波在某種介質中衰減至原來能量的一半時的厚度。半吸收層厚度大，表示吸收能力弱，不同組織對同一頻率的超聲波其半吸收層值不同，如頻率300千赫的超聲波，肌肉半吸收層值為3.6厘米，脂肪為6.8厘米，肌肉加脂肪為4.9厘米。同一組織對不同頻率的超聲波吸收也不同，超聲頻率愈高吸收愈多，穿透愈淺，如90千周的超聲能穿透軟組織10厘米，1兆周的超聲將穿透5厘米，而4兆周的超聲只穿透1厘米深度。因此，常用於理療的超聲波選用8000千周/秒，穿透深度為5厘米左右。
5.折射、反射與聚焦：超聲波由一種介質傳播至另一種介質時，將在界面處一部分反射回第一種介質（反射），其餘透過界面進入第二種介質，但會發生傳播方向的偏轉（折射）。聲波在界面被反射的程度決定於兩種介質的聲阻差及入射角的角度。入射角越小，反射角就越小，超聲能量反射越少，作用效率越高。聲阻差越大，反射程度也越大，（介質的密度和聲速的乘積叫介質的聲阻）。
聲頭與空氣間反射近於100%，所以超聲治療時需用石臘油等作接觸劑，以減少反射。實驗證明，由聲頭進入組織的超聲能量只有35～40%，而60～65%被反射。由於空氣與組織間的反射，使大量超聲能喪失，所以超聲波不能通過肺和充氣的胃腸。
基於超聲傳播的反射、折射原理，採用透鏡及弧面反射而將聲束聚焦於焦點上以產生強大的能量，而治療某些疾病，如用集束超聲波破壞腦部腫瘤等 超聲波在介質中傳播的空間范圍即介質受到超聲振動能作用的區域叫超聲聲場。超聲因其頻率高，具有類似光線的束射特性，在接近聲頭的一段為幾乎平行的射束，稱之為近場區。其後射束開始擴散，稱之為遠場區。由於超聲場的這種特性，為克服能量分布的不均，在治療時聲頭應在治療部位緩慢地移動。
超聲聲場
描寫超聲聲場的主要物理量有聲壓和聲強。
1.聲壓：超聲波在介質中傳播時，介質質點在其平衡位置附近做往復運動，使介質內部發生有節律的疏密變化，這種疏密變化形成了壓力變化，即聲壓。代表超聲波的強度。聲壓與超聲波的頻率和振幅成正比，與聲阻成反比。
2. 聲強：為單位時間內聲能的強度，即在每秒內垂直通過每平方厘米面積的聲能。常用測量單位是瓦特/厘米2（W/cm2）。臨床常用治療劑量為3W/cm2以下。 超聲波在介質中傳播時，介質質點在其平衡位置附近作往復運動，使介質內部發生有節律的疏密變化，這種疏密變化形成了壓力變化，能對人體組織細胞產生微細按摩作用。微細按摩作用是超聲波治療疾病的最基本的機制。這種對細胞的微細按摩作用可以改變組織細胞的體積，減輕腫脹，改變膜的通透性，促進代謝物質的交換，改變細胞的功能，提高組織細胞的再生能力。所以治療某些局部循環障礙性疾病，如營養不良性潰瘍效果良好。有人觀察在超聲波的機械作用下，脊髓反射幅度降低，反射的傳遞受抑制，神經組織的生物電活性降低，因而超聲波有明顯鎮痛作用。超聲的機械作用還能使堅硬的結締組織延長、變軟，用於治療疤痕、粘連及硬皮症等。
可見，超聲波的機械作用可軟化組織、增強滲透、提高代謝、促進血液循環、刺激神經系統及細胞功能，因此有重要的治療意義，在超聲治療機理上占重要地位。 超聲波作用於機體時可產生熱，超聲波在機體內熱的形成，主要是組織吸收聲能的結果。其產熱有以下特點：
1.由於人體各組織對聲能的吸收量各有差異，因而產熱也不同。一般超聲波的熱作用以骨和結締組織為量顯著，脂肪與血液為最少。如在超聲波5W/cm2，1.5分鍾作用時，溫度上升在肌肉為1.1℃，在骨質則為5.9℃。
2.超聲波熱作用的獨特之處是除普便吸收之外，還可選擇性加熱，主要是在兩種不同介質的交界面上生熱較多，特別是在骨膜上可產生局部高熱。這在關節、韌帶等運動創傷的治療上有很大意義。所以超聲波的熱作用（不均勻加熱）與高頻是及其他物理因子所具有的彌漫性熱作用（均勻性加熱）是不同的。
3.超聲波產生的熱將有79－82%由血液循環帶走，18－21%由鄰近組織的熱傳導散布，因此當超聲波作用於缺少血循環的組織時，如眼的角膜、晶體、玻璃體、睾丸等則應十分注意產生過熱，以免發生損害 。 超聲波在液體介質中傳播時產生聲壓。當產生的負聲壓超過液體的內聚力時，液體中出現細小的空腔，即空化現象。空腔分為兩種，即穩定空腔和暫時空腔。
穩定空腔在聲壓的作用下來回振動，空腔周圍產生局部的單向的液體流動。這種非常小的液體流動叫做微流，在超聲波治療中起重要作用。微流可以改變細胞膜的通透性，改變膜兩側的鉀、鈣等離子的分布，因而加速組織修復的過程，改變神經的電活動，緩解疼痛。暫時的空腔在聲壓變化時破滅，產生高熱、高壓、發光、放電等現象，對機體有破壞作用。