超声波的声学物理量
Alu · 2007-08-19 19:25 · 76501 次点击
1.声速
声波在媒质中传播时,单位时间声波传播的距离叫做波速。它的大小由媒质的性质所决定;与媒质的密度和弹性模量有关,单位为m/s,常用字母_c_来表示。对于纵向传播的平面波,其声速为:
C=(3-1-7-1)
式中是介质密度,是介负的体积弹性模量.对于水介质来说,=1g/cm3,
=2.19x1010达因/cm2,所以超声在水中的声速为1480m/s,在脂肪中传播声速为
1450m/s,在体液中为1496m/s,在人体中传播的平均声速为1540m/s.
2.周期、频率、波长
质点在其平衡位置来回振动一次所需要的时间,称为质点振动周期,符号为T,单位
为s.
在介质中,单位时间内通过的波数,称为声波频率.符号为f,单位为Hz.
在一个周期内,波传播的距离称为波长,符号为λ,单位为m.
超声波的声速又称为波速,它与波长、频率三者的关系是:
C=λ.f或f=C/λ或λ=C/f(3-1-7-2)
当超声波的频率一定时,声速(波速)越低,波长越小.
超声波的频率自20kHz到100MHz,频率范围很广,如果包括特超声波,其频率范围更广;
表3-1-7-1
频率MHz
1
2
2.5
3.0
3.5
5.0
7.5
10
15
波长mm
1.5
0.75
0.6
0.5
0.43
0.3
0.2
0.15
0.1
周期µs
1
0.5
0.4
0.33
0.29
0.2
0.13
0.1
0.06
极限分辨力mm
0.75
0.75
0.3
0.25
0.22
0.15
0.1
0.075
0.05
而用于人体测量的则是1—15MHz.表3-1-7-1给出了医用超声诊断设备常用的几种超声波频率与其波长、周期和极限分辨力的关系.
超声发射频率是指探头的频率或仪器的中心频率或载频频率.
3.声压
声波在弹性介质中以质点位移,周期性交替变化的方式传播,导致了声波传播路径上,介质质点压强值的周期性变化,这种压强的变化量称为声压.也就是说声压为声波在媒质中产生的压力与静压之差。常用字_P_来表示.声压分为有效声压,瞬时声压.通常的声压测量仪是通过测量其均方根值来测定有效声压的.声压是反映声波强弱的物理量.
声压级是声压_P_与基准声压_P_o之比,以10为底的对数乘以20;声压级以分贝(dB)为计算单位.
声压级_LP_:_LP_=20lg_P_/_P_o.(3-1-7-3)
式中,_P_0——是参考声压。
4.声强
声强(度)是在某一点上,一个与指定方向垂直的单位面积上,在单位时间内通过的平均声能。常用字母_I_来表示。单位为W/m2,医用超声中常用mW/cm2表示.声强的大小是人们耳朵感知声音大小成正比的.在平面波的情况下,其传播方向的声强是:
_I__=P_2/_ρc_(3-1-7-4)
式中,_I_——声强;
_P_——声压(Pa);
_ρ_——媒质密度(kg/m3);
_c_——声速(m/s)。
5.声特性阻抗
声压与声速的比值称为声阻抗.符号为_Z_
_Z=P/u_(3-1-7-5)
式中:_Z_——声特性阻抗,其单位为牛顿.秒每立方米,它称为瑞利;也可用公斤每平
方米秒表示,新国际单位定为帕.秒每米;
_P_——声压;
_u_——质点速度。
声特性阻抗又定义为媒质的密度与声速的乘积。即
_Z_=_ρ_c(3-1-7-6)