第二章--超聲波發(fā)射聲場與規(guī)則反射體分回波聲壓本章將深入探討超聲波發(fā)射聲場以及規(guī)則反射體產(chǎn)生的分回波聲壓。我們將分析聲場特性，探討聲波在不同反射體表面上的反射規(guī)律，并研究分回波聲壓的分布情況。JS作者：第一節(jié)超聲波發(fā)射聲場超聲波發(fā)射聲場是指超聲波換能器在工作時(shí)產(chǎn)生的聲場分布。它與超聲波的頻率、換能器的尺寸和形狀、以及介質(zhì)的特性等因素有關(guān)。超聲波換能器的聲場分布聲波分布超聲波換能器發(fā)出聲波，聲波在介質(zhì)中傳播，形成聲場。聲場的分布與換能器的形狀、尺寸和工作頻率有關(guān)。近場和遠(yuǎn)場聲場分為近場和遠(yuǎn)場。近場聲波強(qiáng)度較高，方向性較強(qiáng)，遠(yuǎn)場聲波強(qiáng)度較低，方向性較弱。軸向和徑向分布聲場的分布在軸向和徑向上都有變化。軸向分布指聲波沿聲束方向的強(qiáng)度變化，徑向分布指聲波在垂直于聲束方向的強(qiáng)度變化。聲場的近場和遠(yuǎn)場1近場近場是指換能器附近，聲波尚未完全擴(kuò)展到周圍空間，聲場分布比較復(fù)雜，能量密度較高。2遠(yuǎn)場遠(yuǎn)場是指換能器遠(yuǎn)離，聲波已經(jīng)充分?jǐn)U展，聲場分布比較均勻，能量密度較低。3近場與遠(yuǎn)場的界定通常用一個(gè)距離來區(qū)分近場和遠(yuǎn)場，該距離稱為弗朗霍夫距離，它取決于換能器的尺寸和工作頻率。4影響因素近場和遠(yuǎn)場的分布與換能器的尺寸、工作頻率、聲阻抗等因素有關(guān)。聲場的軸向和徑向分布聲場的軸向和徑向分布是描述聲場特征的重要參數(shù)。軸向是指超聲波換能器發(fā)射方向的直線，徑向是指與軸向垂直的平面上的方向。軸向分布是指在軸向上聲壓隨距離的變化情況。徑向分布是指在徑向上的聲壓隨距離的變化情況。聲場軸向和徑向分布受超聲波換能器結(jié)構(gòu)、頻率、介質(zhì)性質(zhì)等因素影響。聲場的衍射效應(yīng)當(dāng)聲波遇到障礙物或孔隙時(shí)，會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象。聲波會(huì)繞過障礙物或從孔隙中傳播出去，形成新的聲波。衍射現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致聲波的傳播方向發(fā)生改變，并影響聲波的強(qiáng)度和頻率。衍射現(xiàn)象在超聲波應(yīng)用中起著重要的作用，例如超聲波成像和超聲波探測。第二節(jié)規(guī)則反射體的分回波聲壓規(guī)則反射體是指形狀規(guī)則的物體，例如平面、球面、圓柱體等。當(dāng)超聲波束遇到規(guī)則反射體時(shí)，會(huì)發(fā)生反射，形成回波信號(hào)。分回波聲壓是指反射體不同部位反射回的聲壓。平面反射體的分回波聲壓平面反射體是指形狀為平面的物體，例如墻壁、地面等。當(dāng)超聲波束照射到平面反射體時(shí)，聲波會(huì)發(fā)生反射，形成分回波。分回波的聲壓大小取決于反射體的面積、材料特性、超聲波束的頻率和入射角等因素。平面反射體的分回波聲壓可以根據(jù)聲波的反射定律和聲波的能量守恒定律進(jìn)行計(jì)算。聲波的反射定律指出，入射角等于反射角。聲波的能量守恒定律指出，聲波的能量在反射過程中不會(huì)損失，只是會(huì)發(fā)生方向的改變。球面反射體的分回波聲壓球面反射體分回波聲壓是超聲波探測技術(shù)中的一個(gè)重要研究方向。球面反射體分回波聲壓的計(jì)算需要考慮聲波在球面上的傳播路徑和反射特性。球面反射體的分回波聲壓會(huì)受到聲波的頻率、入射角、球面曲率半徑等因素的影響。因素影響聲波頻率頻率越高，分回波聲壓越強(qiáng)入射角入射角越大，分回波聲壓越弱球面曲率半徑曲率半徑越小，分回波聲壓越強(qiáng)圓柱體反射體的分回波聲壓圓柱體反射體的分回波聲壓是超聲波檢測中常見的情況。當(dāng)超聲波束遇到圓柱體反射體時(shí)，會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象，導(dǎo)致回波信號(hào)的強(qiáng)度和形狀發(fā)生變化。反射體形狀分回波聲壓特征圓柱體回波信號(hào)強(qiáng)度隨發(fā)射波束與圓柱體軸線夾角的變化而變化?；夭ㄐ盘?hào)的形狀也與夾角有關(guān)，當(dāng)夾角為0度時(shí)，回波信號(hào)呈脈沖狀，當(dāng)夾角增大時(shí)，回波信號(hào)呈拖尾狀。分回波聲壓的計(jì)算方法可以根據(jù)圓柱體的尺寸、超聲波頻率和聲波傳播介質(zhì)的聲速進(jìn)行計(jì)算。第三節(jié)超聲波信號(hào)的衰減超聲波信號(hào)在傳播過程中，由于介質(zhì)的吸收、散射等因素，其能量會(huì)逐漸衰減。衰減程度與傳播距離、介質(zhì)類型、頻率等因素有關(guān)?？諝庵械乃p空氣中的衰減主要由空氣分子的吸收和散射引起。吸收是指聲波能量被空氣分子吸收，轉(zhuǎn)化為熱能的過程。散射是指聲波遇到空氣中的微粒，發(fā)生方向改變的過程?？諝庵新暡ǖ乃p程度與頻率、濕度、溫度和大氣壓有關(guān)。頻率越高，衰減越快。濕度越大，衰減越慢。溫度越高，衰減越快。大氣壓越高，衰減越慢。水中的衰減水中超聲波的衰減主要由吸收和散射引起。吸收是指超聲波能量被水分子吸收，轉(zhuǎn)化為熱能的過程。散射是指超聲波遇到水中的懸浮顆粒、氣泡等物體，發(fā)生方向改變的過程。水中超聲波的衰減程度與超聲波頻率、水溫、水質(zhì)等因素有關(guān)。頻率越高，衰減越嚴(yán)重。水溫越高，衰減越嚴(yán)重。水質(zhì)渾濁，水中雜質(zhì)越多，衰減越嚴(yán)重。其他介質(zhì)中的衰減超聲波在其他介質(zhì)中傳播時(shí)也會(huì)發(fā)生衰減。例如，在金屬材料中，超聲波的衰減主要由材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷引起。在聚合物材料中，超聲波的衰減主要由材料的分子結(jié)構(gòu)和溫度引起。超聲波在其他介質(zhì)中的衰減與材料的特性、頻率、溫度、壓力等因素有關(guān)。在設(shè)計(jì)超聲波系統(tǒng)時(shí)，需要考慮材料的衰減特性，以確保信號(hào)的有效傳輸和接收。第四節(jié)超聲波信號(hào)的失真超聲波信號(hào)在傳播過程中，由于介質(zhì)的非線性效應(yīng)、散射效應(yīng)和干涉效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)發(fā)生失真，影響超聲波探測的準(zhǔn)確性和可靠性。聲波的非線性效應(yīng)聲速變化聲速隨聲壓增加而增大，導(dǎo)致聲波畸變，尤其在高強(qiáng)度聲場中明顯。諧波產(chǎn)生由于非線性效應(yīng)，聲波會(huì)產(chǎn)生高次諧波，影響信號(hào)的純凈度和分析結(jié)果。聲波相互作用聲波之間發(fā)生非線性相互作用，可能導(dǎo)致能量傳遞和聲波傳播路徑改變。聲波的散射效應(yīng)散射現(xiàn)象當(dāng)聲波遇到尺寸小于波長的障礙物或不均勻介質(zhì)時(shí)，聲波會(huì)發(fā)生散射。散射是聲波傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象，能量會(huì)分散到各個(gè)方向。散射的影響聲波的散射會(huì)影響聲波的傳播距離、強(qiáng)度和清晰度。散射會(huì)造成聲波能量的損失，從而降低信號(hào)強(qiáng)度。散射類型常見的散射類型包括瑞利散射、米氏散射和衍射散射。不同類型的散射取決于障礙物的大小和聲波的波長。應(yīng)用領(lǐng)域散射效應(yīng)在超聲診斷中發(fā)揮著重要作用。超聲散射現(xiàn)象可以用于識(shí)別不同組織和器官的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)而輔助診斷疾病。聲波的干涉效應(yīng)波疊加當(dāng)兩列或多列聲波在空間中相遇時(shí)，會(huì)發(fā)生疊加，形成干涉現(xiàn)象。相位關(guān)系干涉現(xiàn)象的強(qiáng)度取決于聲波的相位關(guān)系，相位相同則加強(qiáng)，相位相反則減弱。干涉圖樣干涉現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致聲壓分布出現(xiàn)規(guī)律性變化，形成干涉圖樣。第五節(jié)超聲波信號(hào)的檢測超聲波信號(hào)的檢測是超聲波探測和成像的關(guān)鍵步驟，通過對接收到的回波信號(hào)進(jìn)行分析，可以獲得被測物體的相關(guān)信息?；夭ㄐ盘?hào)的幅度檢測峰值幅度回波信號(hào)的峰值幅度反映了反射體的大小和反射系數(shù)。峰值幅度越高，反射體越大或反射系數(shù)越高。幅度范圍幅度范圍可以用來識(shí)別不同的目標(biāo)，例如，金屬目標(biāo)的反射信號(hào)幅度通常高于非金屬目標(biāo)的反射信號(hào)幅度。幅度變化幅度變化可以用來分析目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，例如，運(yùn)動(dòng)中的目標(biāo)的反射信號(hào)幅度會(huì)發(fā)生變化?；夭ㄐ盘?hào)的時(shí)間檢測時(shí)間差法通過測量發(fā)射聲波和接收回波之間的時(shí)間差，可以確定目標(biāo)物體與探頭之間的距離。時(shí)間差與距離成正比。飛行時(shí)間法也稱為TOF法，它是時(shí)間差法的一種應(yīng)用。根據(jù)聲波在介質(zhì)中的傳播速度，可以計(jì)算出目標(biāo)物體的距離。脈沖寬度法通過測量回波脈沖的寬度，可以估計(jì)目標(biāo)物體的尺寸。脈沖寬度與目標(biāo)物體的大小有關(guān)?；夭ㄐ盘?hào)的頻譜分析頻譜分析頻譜分析可揭示回波信號(hào)的頻率成分，幫助識(shí)別不同類型的反射體。頻率特征不同類型的反射體具有獨(dú)特的頻率特征，通過分析頻譜可以識(shí)別目標(biāo)。信號(hào)處理利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對頻譜進(jìn)行分析，可以提取關(guān)鍵信息，提高圖像質(zhì)量。第六節(jié)超聲波成像技術(shù)超聲波成像技術(shù)利用超聲波的反射和折射原理，將人體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和功能以圖像的形式顯示出來。超聲波成像技術(shù)具有無創(chuàng)、安全、實(shí)時(shí)成像等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷、工業(yè)檢測等領(lǐng)域。A掃描成像A掃描成像是一種簡單的超聲成像技術(shù)，它僅顯示沿聲束方向的組織結(jié)構(gòu)信息。A掃描成像主要用于測量組織的厚度和大小，以及診斷一些簡單的病變。B掃描成像B掃描成像是一種常見的超聲成像技術(shù)。B掃描將超聲波發(fā)射到人體組織，并接收反射回來的回波信號(hào)。B掃描將接收到的回波信號(hào)轉(zhuǎn)換為圖像，顯示出組織的橫截面。B掃描通常用于診斷心臟病、肝臟疾病、腎臟疾病和其他疾病。M掃描成像M掃描成像也稱為運(yùn)動(dòng)模式成像，是一種通過時(shí)間來顯示超聲波信號(hào)變化的成像技術(shù)。M掃描成像通過將時(shí)間軸與深度軸結(jié)合，可以顯示目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)情況，例如心臟的跳動(dòng)、血管的血流情況等。M掃描成像常用于觀察心臟、血管、肌肉等組織的動(dòng)態(tài)變化，可用于診斷心臟病、血管疾病、肌肉損傷等。第七節(jié)本章小結(jié)本章介紹了超聲波發(fā)射聲場與規(guī)則反射體分回波聲壓的相關(guān)知識(shí)。首先，詳細(xì)闡述了超聲波發(fā)射聲場的分布特點(diǎn)，包括聲場的近場和遠(yuǎn)場、軸向和徑向分布，以及聲場的衍射效應(yīng)。接著，分析了平面、球面和圓柱體等不同規(guī)則反射體的分回波聲壓特征。最后，本章還探討了超聲波信號(hào)的衰減、失真和檢測，以及相關(guān)的成像技術(shù)。本章重點(diǎn)回顧11.超聲波發(fā)射聲場超聲波發(fā)射聲場具有復(fù)雜的分布，包含近場和遠(yuǎn)場，以及軸向和徑向分布。22.規(guī)則反射體的分回波聲壓不同形狀的反射體產(chǎn)生不同的回波聲壓，影響超聲波成像結(jié)果。33.超聲波信號(hào)的衰減和失真超聲波在傳播過程中會(huì)發(fā)生衰減和失真，影響信號(hào)的強(qiáng)度和質(zhì)量。44.超聲波