超声物理特性有哪些

1. 超声波有哪些特性

我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。通常用于医学诊断的超声波频率为1～5兆赫。超声波具有方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远等特点。可用于测距，测速，清洗，焊接，碎石等。在医学,军事,工业,农业上有很多的应用。

2. 超声有什么物理特性

声速

声速与介质的体弹性系数和密度有关。由于介质的弹性系数与温度有关，因此声速也与温度有关。在超声诊断的频段中，人体组织的超声速度与频率无关，而且软组织中的声速都很接近，约为1540m/s。

波长、周期和频率

声波在介质中传播时，两个相邻的同相位点之间的距离，如相邻两点稠密部之间的距离（超声波在人体中一般是以纵波方式传播），称为声波的波长，以λ表示。波向前移动一个波长的距离所需的时间，称为声波的周期，以T表示。介质中任何一给定点在单位时间内通过的波敝，称为声波的频率，以f表示。它们之间的关系为

λ=C/f=CT

式中为声波的传播速度。

医学诊断中采用的超声波频率在1-20MHz范围内。

声阻抗

介质中任意点的密度ρ与该点处声波的传播速度C之积为此介质在该点处的声阻抗，以Z表示，即Z=ρC。它是表征介质的声学特性的一个重要物理量。声阻抗的变化将影响超声波的传播。声阻抗是采用反射回波法进行超声诊断的物理基础。

声压级与声强级

声压级LP是以分贝表示的某个声压P与参考分压P0的比值，即LP=20lg(P/P0)

声强级LI是以分贝表示的某个声强I与参考声强I0的比值，即LI=10lg(I/I0)

声强是表示声的客观强弱的物理量，它表示通过垂直于传播方向上单位面积的能流率。声强为

I=1/2(ρCω02A2)= p02/(2Z)

声强的单位是mW/cm2或W/m2。

声强与声源的振幅有关，振幅越大，声强也越大。对于平面超声波，他的总功率为强度I和面积S的乘积，即W=IS。

由于超声强度太大会破坏人体正常细胞组织，因其不可逆的生物效应。因此，国际上对诊断用超声强度安全剂量作出规定，一般接受的安全剂量为20mW/cm2。

超声波的指向性

对于平面园片换能器，在无吸收的介质中其波束形状有两个不同的区域即园柱形区和发散区或称为近场区和远场区。近场区的长度为D2/4λ，D为晶片直径，λ为该介质中传播的超声波长。在远场区，发散角由sinθ=1.22λ/D给出。可见，减小直径可缩短近场长度和增大，即加宽了波束。增加频率即减小波长时，加长了近场区，减少了发散角，可获得较窄的波束。

声强度沿中心轴距离的分布，近场区声强度有剧烈的起伏变化，存在着许多声强度为极小值的节点。这些节点可引起不希望有的盲点。在远场区声强都变化趋于平稳，单随着距离的增加，声强逐渐减弱。

超声波的反射与折射

当一束平面超声波入射到两种介质交界面上时，或者声阻抗的不连续处时，会产生反射和折射，并遵从反射和折射定律。

θI=θR

SinθI/SinθT=C1/C2

超声波的衰减

超声在介质中传播，其能量将随着距离的增加而减小，这种现象称为超声波的衰减。噪声衰减的因素主要有两类。一类是声束本身扩散，使单位面积上的能量下降，或反射，散射的结果，使能量不能再沿着原来的方向传播。在这一类事件中，声波的总能量并没有减少。另一类是，超声传播中，由于介质的吸收，将声能转换成为热能，因而使声能减小。着后一类的机理比较复杂，主要有粘滞吸收；弛豫吸收、相对运动吸收及空化气泡吸收。

对于给定的频率的超声波，其强度和压强幅度都随着距离的增大而按指数规律下降，可表示为：

I(x)=I0e-2αx

P(x)=P0e-αx

式中α为衰减系数。α是频率的函数。αmm = βfMHz。为常数。

衰减系数在很大程度上依赖于频率。这一点，我们在设计还是临床操作上都具有重大影响意义。实验结果表明，在医学超声频率范围内，人体组织对超声波的吸收系数几乎与超声波频率成正比。

3. 超声波有哪些特性

声音是与人类生活紧密相关的一种自然现象。当声的频率高到超过人耳听觉的频率极限（20000Hz）时，人们就会觉察不出周围声的存在，因而称这种高频率的声为“超”声。

超声波有如下特性。

（1）束射特性。

（2）吸收特性。

（3）超声波的能量传递特性。

（4）超声波的声压特性。

4. 超声波的特性

（1）超声波具有在气体、液体、固体等介质中进行效传播的能力。
（2）超声波具有很强的传递能量的能力。
（3）超声波具有反射特性，还会产生干涉、叠加和共振现象。
（4）超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生空化现象和强烈的冲击。

5. 超声波具备哪些物理特性

超声是机械波，由物体机械振动产生。具有波长、频率和传播速度等物理量。用于医学上的超声频率为2.5～10MHz，常用的是2.5～5MHz.超声需在介质中传播，其速度因介质不同而异，在固体中最快，液体中次之，气体中最慢。在人体软组织中约为150m/s.介质有一定的声阻抗，声阻抗等于该介质密度与超声速度的乘积。

6. 超声波有什么特点

由于其频率高，因而具有许多特点：
首先是功率大，其能量比一般声波大得多，因而可以用来切削、焊接、钻孔等。再者由于它频率高，波长短，衍射不严重，具有良好的定向性，工业与医学上常用超声波进行超声探测。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模式，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，1兆Hz=10^6Hz,即每秒振动100万次，可闻波的频率在16-20000HZ
之间）。
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，超出了人耳听觉的一般上限（20000Hz），人们将这种听不见的声波叫做超声波。
超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律，与可听声波的规律没有本质上的区别。但是超声波的波长很短，只有几厘米，甚至千分之几毫米。与可听声波比较，超声波具有许多奇异特性：传播特性──超声波的波长很短，通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长大好多倍，因此超声波的衍射本领很差，它在均匀介质中能够定向直线传播，超声波的波长越短，该特性就越显着。功率特性──当声音在空气中传播时，推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。声波功率就是表示声波做功快慢的物理量。在相同强度下，声波的频率越高，它所具有的功率就越大。由于超声波频率很高，所以超声波与一般声波相比，它的功率是非常大的。空化作用──当超声波在介质的传播过程中，存在一个正负压强的交变周期，在正压相位时，超声波对介质分子挤压，改变介质原来的密度，使其增大；在负压相位时，使介质分子稀疏，进一步离散，介质的密度减小，当用足够大振幅的超声波作用于液体介质时，介质分子间的平均距离会超过使液体介质保持不变的临界分子距离，液体介质就会发生断裂，形成微泡。这些小空洞迅速胀大和闭合，会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用，从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用，会使液体的温度骤然升高，起到了很好的搅拌作用，从而使两种不相溶的液体（如水和油）发生乳化，且加速溶质的溶解，加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。

7. 超声波的特性

1、超声波在传播时，方向性强，能量易于集中；

2、超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离；

3、超声波与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息诊断或对传声媒质产生效用及治疗；

4、 超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播；

5、 超声波可传递很强的能量；

6、 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。

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超声效应：

当超声波在介质中传播时，由于超声波与介质的相互作用，使介质发生物理的和化学的变化，从而产生一系列力学的、热学的、电磁学的和化学的超声效应，包括以下2种效应：

1、机械效应：超声波的机械作用可促成液体的乳化、凝胶的液化和固体的分散。当超声波流体介质中形成驻波时，悬浮在流体中的微小颗粒因受机械力的作用而凝聚在波节处，在空间形成周期性的堆积。

超声波在压电材料和磁致伸缩材料中传播时，由于超声波的机械作用而引起的感生电极化和感生磁化。

2、热效应：由于超声波频率高，能量大，被介质吸收时能产生显着的热效应。

参考资料来源：网络-超声波

8. 超声有什么物理特性

声音是由物体的振动产生的.人耳能听到的发声频率20～20000Hz,低于20Hz的是次声,高于20000Hz的是超声.超声和人耳能听到的声音具有很多相同的物理特性.具体说,超声具有以下特性：
1）超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播.
2）超声波可传递很强的能量.
3）超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象.
4）超声波在液体介质中传播时,可在界面上产生强烈的冲击和空化现象.

9. 超声有什么物理特性

超声波测厚仪原理
超声波清洗属物理清洗，由于超声波与声波一样是一种疏密的振动波，在传播过程中，介质的压力作交替变化。在负压区域，液体中产生撕裂的力，并形成真空的气泡。当声压达到一定值时，气泡迅速增长，在正压区域气泡由于受到压力挤破灭、闭合。此时，液体间相互碰撞产生强大的冲击波。虽然位移、速度都非常小，但加速度却非常大，局部压力可达几千个大气压，这就是所谓的空化效应。

影响因素：
（1）工件表面粗糙度过大，造成探头与接触面耦合效果差，反射回波低，甚至无法接收到回波信号。对于表面锈蚀，耦合效果极差的在役设备、管道等可通过砂、磨、挫等方法对表面进行处理，降低粗糙度，同时也可以将氧化物及油漆层去掉，露出金属光泽，使探头与被检物通过耦合剂能达到很好的耦合效果。
（2）工件曲率半径太小，尤其是小径管测厚时，因常用探头表面为平面，与曲面接触为点接触或线接触，声强透射率低（耦合不好）。可选用小管径专用探头（6mm ),能较精确的测量管道等曲面材料。
（3）检测面与底面不平行，声波遇到底面产生散射，探头无法接受到底波信号。
（4）铸件、奥氏体钢因组织不均匀或晶粒粗大，超声波在其中穿过时产生严重的散射衰减，被散射的超声波沿着复杂的路径传播，有可能使回波湮没，造成不显示。可选用频率较低的粗晶专用探头（2.5MHz)。
（5）探头接触面有一定磨损。常用测厚探头表面为丙烯树脂，长期使用会使其表面粗糙度增加，导致灵敏度下降，从而造成显示不正确。可选用500#砂纸打磨，使其平滑并保证平行度。如仍不稳定，则考虑更换探头。
（6）被测物背面有大量腐蚀坑。由于被测物另一面有锈斑、腐蚀凹坑，造成声波衰减，导致读数无规则变化，在极端情况下甚至无读数。
（7）被测物体（如管道）内有沉积物，当沉积物与工件声阻抗相差不大时，测厚仪显示值为壁厚加沉积物厚度。
（8）当材料内部存在缺陷（如夹杂、夹层等）时，显示值约为公称厚度的70%，此时可用超声波探伤仪进一步进行缺陷检测。
（9）温度的影响。一般固体材料中的声速随其温度升高而降低，有试验数据表明，热态材料每增加100°C，声速下降1%。对于高温在役设备常常碰到这种情况。应选用高温专用探头（300－600°C)，切勿使用普通探头。
（10）层叠材料、复合（非均质）材料。要测量未经耦合的层叠材料是不可能的，因超声波无法穿透未经耦合的空间，而且不能在复合（非均质）材料中匀速传播。对于由多层材料包扎制成的设备（像尿素高压设备），测厚时要特别注意，测厚仪的示值仅表示与探头接触的那层材料厚度。
（12）耦合剂的影响。耦合剂是用来排除探头和被测物体之间的空气，使超声波能有效地穿入工件达到检测目的。如果选择种类或使用方法不当，将造成误差或耦合标志闪烁，无法测量。因根据使用情况选择合适的种类，当使用在光滑材料表面时，可以使用低粘度的耦合剂；当使用在粗糙表面、垂直表面及顶表面时，应使用粘度高的耦合剂。高温工件应选用高温耦合剂。其次，耦合剂应适量使用，涂抹均匀，一般应将耦合剂涂在被测材料的表面，但当测量温度较高时，耦合剂应涂在探头上。
（13）声速选择错误。测量工件前，根据材料种类预置其声速或根据标准块反测出声速。当用一种材料校正仪器后（常用试块为钢）又去测量另一种材料时，将产生错误的结果。要求在测量前一定要正确识别材料，选择合适声速。
（14）应力的影响。在役设备、管道大部分有应力存在，固体材料的应力状况对声速有一定的影响，当应力方向与传播方向一致时，若应力为压应力，则应力作用使工件弹性增加，声速加快；反之，若应力为拉应力，则声速减慢。当应力与波的传播方向不一至时，波动过程中质点振动轨迹受应力干扰，波的传播方向产生偏离。根据资料表明，一般应力增加，声速缓慢增加。
（15）金属表面氧化物或油漆覆盖层的影响。金属表面产生的致密氧化物或油漆防腐层，虽与基体材料结合紧密，无名显界面，但声速在两种物质中的传播速度是不同的，从而造成误差，且随覆盖物厚度不同，误差大小也不同。
两点校准功能，使得测量值更为准确独有蓝色背景灯光，各种环境下清晰可视低功耗，两节干电池可使用200小时以上适合测量所有导声材料，如钢、铁、塑料、陶瓷、有机玻璃等。

10. 超声波治疗的物理特性

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。 1.因声波是物质传播能的一种形式，所以其传播必须依赖介质，而在真空中则不能传播，此与光波、电磁波不同。
2.超声波向周围介质传播时，产生一种疏密的波形。这种连续的压缩层和稀疏层交替形成的弹性波和声源振荡的方向一致，是一种弹性纵波）。由于超声波具有非常短的波长，可以聚集成狭小的发射线束而呈束状直线播散，故传播具有一定的方向性。
3.传播速度声波的传播速度与介质的特性有关，而与声波的频率无关。声波的传播速度都随介质温度的上升而加快。
4.超声的吸收与穿透：超声在介质中传播时，强度随其传播距离而减弱，这说明超声能量被吸收，超声的吸收与介质的密度、粘滞性、导热性及超声的频率等有关。超声在气体中被吸收最大，液体中被吸收较小，固体中吸收最小，在空气中的吸收系数比在水中约大一千倍。且介质的吸收系数又与超声波频率的平方成正比，因而高频超声在空气中衰减异常剧烈，所以在治疗中声头下虽是极小的空气光泡，也应避免。
在实际工作中常用半价层或半吸收层来表明一种介质对超声波的吸收能力。半吸收层是指超声波在某种介质中衰减至原来能量的一半时的厚度。半吸收层厚度大，表示吸收能力弱，不同组织对同一频率的超声波其半吸收层值不同，如频率300千赫的超声波，肌肉半吸收层值为3.6厘米，脂肪为6.8厘米，肌肉加脂肪为4.9厘米。同一组织对不同频率的超声波吸收也不同，超声频率愈高吸收愈多，穿透愈浅，如90千周的超声能穿透软组织10厘米，1兆周的超声将穿透5厘米，而4兆周的超声只穿透1厘米深度。因此，常用于理疗的超声波选用8000千周/秒，穿透深度为5厘米左右。
5.折射、反射与聚焦：超声波由一种介质传播至另一种介质时，将在界面处一部分反射回第一种介质（反射），其余透过界面进入第二种介质，但会发生传播方向的偏转（折射）。声波在界面被反射的程度决定于两种介质的声阻差及入射角的角度。入射角越小，反射角就越小，超声能量反射越少，作用效率越高。声阻差越大，反射程度也越大，（介质的密度和声速的乘积叫介质的声阻）。
声头与空气间反射近于100%，所以超声治疗时需用石腊油等作接触剂，以减少反射。实验证明，由声头进入组织的超声能量只有35～40%，而60～65%被反射。由于空气与组织间的反射，使大量超声能丧失，所以超声波不能通过肺和充气的胃肠。
基于超声传播的反射、折射原理，采用透镜及弧面反射而将声束聚焦于焦点上以产生强大的能量，而治疗某些疾病，如用集束超声波破坏脑部肿瘤等 超声波在介质中传播的空间范围即介质受到超声振动能作用的区域叫超声声场。超声因其频率高，具有类似光线的束射特性，在接近声头的一段为几乎平行的射束，称之为近场区。其后射束开始扩散，称之为远场区。由于超声场的这种特性，为克服能量分布的不均，在治疗时声头应在治疗部位缓慢地移动。
超声声场
描写超声声场的主要物理量有声压和声强。
1.声压：超声波在介质中传播时，介质质点在其平衡位置附近做往复运动，使介质内部发生有节律的疏密变化，这种疏密变化形成了压力变化，即声压。代表超声波的强度。声压与超声波的频率和振幅成正比，与声阻成反比。
2. 声强：为单位时间内声能的强度，即在每秒内垂直通过每平方厘米面积的声能。常用测量单位是瓦特/厘米2（W/cm2）。临床常用治疗剂量为3W/cm2以下。 超声波在介质中传播时，介质质点在其平衡位置附近作往复运动，使介质内部发生有节律的疏密变化，这种疏密变化形成了压力变化，能对人体组织细胞产生微细按摩作用。微细按摩作用是超声波治疗疾病的最基本的机制。这种对细胞的微细按摩作用可以改变组织细胞的体积，减轻肿胀，改变膜的通透性，促进代谢物质的交换，改变细胞的功能，提高组织细胞的再生能力。所以治疗某些局部循环障碍性疾病，如营养不良性溃疡效果良好。有人观察在超声波的机械作用下，脊髓反射幅度降低，反射的传递受抑制，神经组织的生物电活性降低，因而超声波有明显镇痛作用。超声的机械作用还能使坚硬的结缔组织延长、变软，用于治疗疤痕、粘连及硬皮症等。
可见，超声波的机械作用可软化组织、增强渗透、提高代谢、促进血液循环、刺激神经系统及细胞功能，因此有重要的治疗意义，在超声治疗机理上占重要地位。 超声波作用于机体时可产生热，超声波在机体内热的形成，主要是组织吸收声能的结果。其产热有以下特点：
1.由于人体各组织对声能的吸收量各有差异，因而产热也不同。一般超声波的热作用以骨和结缔组织为量显着，脂肪与血液为最少。如在超声波5W/cm2，1.5分钟作用时，温度上升在肌肉为1.1℃，在骨质则为5.9℃。
2.超声波热作用的独特之处是除普便吸收之外，还可选择性加热，主要是在两种不同介质的交界面上生热较多，特别是在骨膜上可产生局部高热。这在关节、韧带等运动创伤的治疗上有很大意义。所以超声波的热作用（不均匀加热）与高频是及其他物理因子所具有的弥漫性热作用（均匀性加热）是不同的。
3.超声波产生的热将有79－82%由血液循环带走，18－21%由邻近组织的热传导散布，因此当超声波作用于缺少血循环的组织时，如眼的角膜、晶体、玻璃体、睾丸等则应十分注意产生过热，以免发生损害 。 超声波在液体介质中传播时产生声压。当产生的负声压超过液体的内聚力时，液体中出现细小的空腔，即空化现象。空腔分为两种，即稳定空腔和暂时空腔。
稳定空腔在声压的作用下来回振动，空腔周围产生局部的单向的液体流动。这种非常小的液体流动叫做微流，在超声波治疗中起重要作用。微流可以改变细胞膜的通透性，改变膜两侧的钾、钙等离子的分布，因而加速组织修复的过程，改变神经的电活动，缓解疼痛。暂时的空腔在声压变化时破灭，产生高热、高压、发光、放电等现象，对机体有破坏作用。