超聲波的基礎知識課堂Ⅱ

超聲波的6個物理量

　　 聲波在介質中單位時間內傳播的距離，稱為聲速。用符號 c 表示，單位為 m/s( 米/秒 ) 。聲波的傳播過程實質上是能量的傳遞過程，它不僅需要一定時間，而且其傳遞速度的快慢還與介質的密度及彈性、介質的特性以及波動的類型有關。

2. 周期和頻率

  質中的質點在平衡位置往返振動 1 次所需要的時間叫周期，用 T 表示，單位是秒（ s ）；在 1s 的時間內完成振動的次數稱為頻率，用 f 表示，單位為周/s，又稱作Hz(Hz) 。周期與頻率成互為倒數關系，以下式表示：f=1/T

3. 波長

  在一個周期內，聲波所傳播的距離就是一個波長，用λ表示。對于縱波，等于兩相鄰密集點 ( 或稀疏點 ) 間的距離。

 對于橫波，則是從一個波峰 ( 或波谷 ) 到相鄰波峰 ( 波谷 ) 的距離λ＝ c/f

頻率和波長在超聲成像中是 2 個極為重要的參數，波長決定了成像的極限分辨率，而頻率則決定了可成像的組織深度。

4. 聲壓

縱波在彈性媒質內傳播過程中，媒質質點的壓強是隨時間變化的，媒質質點的密度時疏時密，從而使平衡區的壓力時強時弱，結果導致有波動時壓強（PW）與無波動時壓強(PO)之間有一定額壓強差（PW- PO），這一波動壓強稱為聲壓。對于一無吸收媒質的平面波，有波動時壓強的最大值與沒有波動作用時各點壓強的差值稱為壓強振幅（Pm），它可由下式確定：Pm=ρcVm

即：聲壓振幅Pm與媒質密度ρ、質點運動速度的最大值Vm及波速 c 成正比。

5. 聲強

 聲強是表示聲的客觀強弱的物理量,它用每秒鐘通過垂直于聲波傳播方向的1平方厘米面積的能量來度量,它的單位是焦耳/( 秒·平方厘米 ) ［ J/(s · cm 2 ) ］。

  聲強與聲源的振幅有關，振幅越大，聲強也越大；振幅越小，聲強也越小。當聲源發出的聲波向各個方向傳播時，其聲強將隨著距離的增大而逐漸減弱。這是由于聲源在單位時間內發出的能量是一定的，離開聲源的距離越遠，能量的分布面也越大，因此通過單位面積的能量就越小。

6.聲阻抗率

聲阻抗率是描述聲波傳播彈性媒質的一個重要物理量。對于各向同性的均勻媒質中無衰減的平面自由行波來說，媒質中某點有效聲壓 P 與振動質點速度有效值 V 之比稱為聲阻抗率，它用 Zs 表示：

 Zs = P/ V= ρc

實際上，聲壓與質點振速不一定同相位，所以聲阻抗率是2個同頻率、但不同相的余弦量的比值，并不是一個恒量。對于無衰減的平面行波，聲壓和振速可視為同相，媒質各點的聲阻抗率是同一個恒量ρc, 對一定頻率的聲波來說，它只決定于媒質密度ρ和波速c的乘積。

　　 聲阻抗率和電學中一個無限長、無損耗傳輸線的特性阻抗相似，其中聲壓相當于電壓，振速相當于電流強度，聲阻抗率相當于電阻。通常聲阻抗率是一個復數，其實部稱為聲阻率，虛部稱為聲抗率。人體正常組織的聲阻抗率的平均值約為 1.5 ×106牛頓·秒/ m3(N·s /m3)，而與超聲測量有關材料的密度和。