超声波探伤仪的应用
一、超声波的定义及基本物理量
超声波的定义:超声波(Ultrasound)是指频率超过2万赫兹(Hertz,Hz)即超过人耳听阈高限的声波,属于机械波。
(一)超声波有三个基本物理量,即频率(f),波长(λ),声速(c)。频率(Frequency)就是在每秒钟内,介质所振动的次数,以f表示,单位为赫(Hz);声速(Speed
of
sound)指声波在传播介质中的传播速度,用c表示;波长(Wavelength为完成一次完全振动的时间内所传播的距离,以λ表示。三者的关系是:c
=f·λ或λ =c/f,传播超声波的媒介物质叫做介质。
(二)相同频率的超声波在不同介质中传播,声速不相同。
(三)声阻抗(Acoustic
impedance) 是用来表示介质传播超声波能力的一个重要的物理量,其数值的大小由介质密度ρ与声波在该介质中的传播速度C的乘积所决定,即:
Z=ρ·C ,单位为Kg/m2·s。
二、超声波的物理性能
(一)超声波在介质中传播时,遇到不同声阻抗的分界面且界面厚度远大于波长,会产生反射(Reflection)。人体软组织声阻抗差异很小,只要有1‰的声阻抗差,便可产生反射。由于人体软组织的声阻抗比空气的声阻抗大得多,超声波在该交界处几乎全部被反射,故超声的进行检查需用耦合剂,同样原因,超声一般不适合于检查肺、骨等与周围软组织声阻抗差别极大的脏器。超声诊断仪就是利用人体组织对超声波的反射作用,从声反射波中提取医学诊断信息的。
(二)当分界面两边的声速不同时,超声波透入**种介质后,其传播方向将发生改变即产生折射(Refraction)。声波从一种小声速介质向大声速介质入射时,声波经过这两种介质的界面后出现折射波的折射角大于入射角。当入射角超过临界角(90°)时,相应的折射波消失,出现全反射。我们在进行超声检查时,需要尽可能地将声束垂直于界面,避免入射角过大,否则将会引起反射体的实际位置与显示位置发生错位,甚至出现全反射,从而导致超声无法检查该界面以下的组织器官。
(三)当障碍物的直径等于或小于λ/2,超声波将绕过该障碍物而继续前进,这种现象称为绕射(Diffraction),故超声波波长越短(即频率越高),能发现障碍物越小,也就是说分辨力越好,超声图象也越清晰,不过对组织的穿透力较差。
(四)超声波在传播中遇到粗糙面或极小的障碍物(或一组小障碍物形式)时,将有一部分能量被散射(Scattering)