超聲波縱波用什麼表示

『壹』 鋼中縱波橫波和表面波的波速有何關系

波的類型及波速測量

超聲波的類型

根據波動傳播時介質質點的振動方向相對於波的傳播方向的不同，可將波動分為縱波、橫波、表面波和板波等。

1. 縱波L

介質中質點的振動方向與波的傳播方向互相平行的波，稱為縱波，用L表示。

當介質質點受到交變拉壓應力作用時，質點之間產生相應的伸縮形變，從而形成縱波；凡能承受拉伸或壓縮應力的介質都能傳播縱波。固體介質能承受位伸或壓縮應力；液體和氣體雖不能承受拉伸應力，但能承受壓應力產生容積變化。因此固體、液體和氣體都能傳播縱波。鋼中縱波聲速一般為5960m/s。縱波一般應用於鋼板、鍛件探傷。

2. 橫波S(T)

介質中質點的振動方向與波的傳播方向互相垂直的波，稱為橫波，用S或T表示。

當介質質點受到交變的剪切應力作用時，產生剪切形變，從而形成橫波；只有固體介質才能承受剪切應力，液體和氣體介質不能承受剪切應力，因此橫波只能在固體介質中傳播，不能在液體和氣體介質中傳播。鋼中橫波聲速一般為3230m/s。橫波一般應用於焊縫、鋼管探傷。

3. 表面波R

當介質表面受到交變應力作用時，產生沿介質表面傳播的波，稱為表面波，常用R表示。又稱瑞利波。

表面波在介質表面傳播時，介質表面質點作橢圓運動，橢圓長軸垂直於波的傳播方向，短軸平行於波的傳播方向；橢圓運動可視為縱向振動與橫向振動的合成，即縱波與橫波的合成，因此表面波只能在固體介質中傳播，不能在液體和氣體介質中傳播。

表面波的能量隨深度增加而迅速減弱，當傳播深度超過兩倍波長時，質點的振幅就已經很小了，因此，一般認為表面波探傷只能發現距工件表面兩倍波長深度內的缺陷。表面波一般應用於鋼管探傷。

4. 板波

在板厚與波長相當的薄板中傳播的波，稱為板波。根據質點的振動方向不同可將板波分為SH波和蘭姆波。板波一般應用於薄板、薄壁鋼管探傷。

『貳』 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。