第一章 物理基础.ppt

维伟幻灯 第一章 第一节 一、定义 二、纵波 三、横波 第二节 一、频率与周期 二、声速 二、声速 三、波长 综上所述 四、声阻抗 第三节 一、声反射 一、声反射 一、声反射 一、声反射 一、声反射 二、折射 二、折射 二、折射 三、绕射 四、散射 四、散射 五、衰减 六、惠更斯原理 六、惠更斯原理 七、多普勒效应 七、多普勒效应 七、多普勒效应 第四节 一、压电效应 1、正压电效应 2、逆压电效应 3、超声换能器 二、声场 1、声压 2、声强 3、功率 4、近场 5、远场 6、指向性 7、指向性图案 三、分辨力 1、轴向分辨力 2、横向分辨力 3、厚度分辨力  超声波的发生与接收 定义：对某些非对称结晶材料进行一定方向的加压或拉伸时，其表面将会出现符号相反的电荷，这种现象称为压电效应。 具有此性质的材料称为压电材料，分为压电晶体、极化陶瓷、高分子聚合物和复合材料等。 定义：由外力作用引起的电介质表面荷电效应， 称为正压电效应。 结晶受到特定反向的加压或拉伸而发生形变时，在其两个受力界面上引起内部正负电荷中心相对位移，在两个界面产生等量异号电荷，其电荷密度与所施加的外力成正比。 定义：由在外场作用下，晶体将产生几何变形， 称为正压电效应(亦称电致伸缩效应)。 沿一定方向在晶体表面施加一电场，则在电场力的作用下，引起电介质内部正负电荷中心发生位移，这一极化位移导致了晶体的几何应变，这是一种相反的压电效应。 定义：利用逆压电效应将电能转换成超声能发射 超声，利用正压电效应将超声能量转换成 电能接收超声。 将压电晶片置于交变电场内，该晶片即进入振动状态，振动频率与激励交变电场频率相同。当频率大于20kHz时，便成了超声源。同样，该压电晶体片亦可接收超声波，它通过压电效应把超声波转变为电信号，以供分析检测。 定义：超声场是介质中有声波能量存在的空间范 围。其强弱是用声压和声强来表示。 不同的超声源和传播条件将形成不同的声波能量的空间分布。 在接近声源的一段距离称为近场，离声源距离较远的声场称为远场。 定义：声压(P)是有声波时介质中的压力与静压 的差值，单位为Pa。 声压与介质的密度(ρ),介质质点的振动速度(v)，以及超声波在该介质中的传播速度(c)呈正比，即： P＝ρ·v·c 定义：声强(I)是在单位时间内，通过与声波传 播方向垂直的单位面积上的平均能量，单 位是W/m2。 声强和声压的平方呈正比，与介质密度和声速之和反比，即： P2 I＝───── 2·ρ·c  定义：超声功率指在单位时间内通过介质的能量。 单位是瓦(W)或毫瓦(mW)。 超声仪发射的超声能量用超声功率表示，仪器的发射功率高，仪器的灵敏度也高，但安全性却降低了。 安全剂量 10W/cm2 定义：对于一个圆形的超声换能器(声源)，在接近声源的一段距离(称为近场)，声束的直径略小于换能器的直径，呈圆柱形。 近场区内声压、声强起伏变化很大，是超声诊断中的死区。 近场的长度与声源的尺寸、频率和介质声速有关，即： r2 L(近场)＝── λ 定义：离声源距离较远的声场，声束则会产生扩 散而呈喇叭形，此时的声场称为远场。 远场的瞬时声压与瞬时质点速度同相，故其声压分布是随距离增加而单调地下降，较平稳。 声束在远场的扩散由扩散角θ所决定，扩散角θ的大小亦与λ呈正比，与ｒ呈反比，即： 　　　　 λSinθ＝0.61──  r 定义：声源在远场形成波束的这种方向特性称为 指向性。 同一换能器在不同频率下工作，其指向 性将随频率的提高而趋明显。 指向性差的声束不仅横向分辨力差，且 灵敏度低和易引入伪像。 常采用聚焦法改善声束的特性。 指向性通常用指向性图案表示。中间离声束轴线最近