醫(yī)用物理學(xué)第四章聲波

1、第四章第四章 聲波聲波 (Sound wave) 次聲波次聲波(Infrasonic wave)：頻率低于頻率低于z的聲波。的聲波。 超聲波超聲波(Ultrasonic wave)：頻率高于頻率高于0z的聲波的聲波。 聲波：聲波：頻率頻率( )在在0z0z之間之間 的機(jī)械波的機(jī)械波(縱波），能引起人的聽覺?？v波），能引起人的聽覺。 2.次聲波次聲波 特點(diǎn)：頻率低、能量損失少。特點(diǎn)：頻率低、能量損失少。 與地球、海洋及大氣的大規(guī)模運(yùn)動有關(guān)。如火山爆發(fā)、地震、與地球、海洋及大氣的大規(guī)模運(yùn)動有關(guān)。如火山爆發(fā)、地震、 大氣湍流等都有次聲波產(chǎn)生大氣湍流等都有次聲波產(chǎn)生 第四章第四章 聲波聲波 一、聲壓與

2、聲強(qiáng)一、聲壓與聲強(qiáng) 聲波在空氣中以縱波的形式傳播聲波在空氣中以縱波的形式傳播 1.聲壓：聲壓：在某一時(shí)刻，介質(zhì)中某一點(diǎn)的壓強(qiáng)與在某一時(shí)刻，介質(zhì)中某一點(diǎn)的壓強(qiáng)與 無聲波通過時(shí)的壓強(qiáng)之差無聲波通過時(shí)的壓強(qiáng)之差 2 )(cos u x tAuP 聲壓幅值：聲壓幅值： P x AuP m 單位：單位：Nm-2 2.聲阻抗聲阻抗 介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動速度幅值：介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動速度幅值： Avm m m v P Z u A Au uZ 單位：單位：kgm-2 s-1 是表征介質(zhì)聲學(xué)特性的一個(gè)物理量是表征介質(zhì)聲學(xué)特性的一個(gè)物理量。 聲阻抗聲阻抗： 聲壓幅值聲壓幅值Pm與速度幅值與速度幅值Vm之比。之比。 第四章第四章

3、聲波聲波 幾種介質(zhì)的聲速和聲阻抗幾種介質(zhì)的聲速和聲阻抗 介質(zhì)介質(zhì) 聲速聲速 u (m/s) 密度密度 (kg/m3) 聲阻抗聲阻抗u (kg/m2s) 空氣空氣(0 )3.321021.294.28102 空氣空氣(20)3.441021.214.16102 水水(20 )14.8102988.21.48106 脂肪脂肪14.01029701.36106 肌肉肌肉15.710210401.63106 密質(zhì)骨密質(zhì)骨36.010217006.12106 鋼鋼50.5102780039.4106 聲波可在氣、液、固中傳播聲波可在氣、液、固中傳播。 第四章第四章 聲波聲波 3.聲強(qiáng)聲強(qiáng) 聲強(qiáng)：聲強(qiáng)：單

4、位時(shí)間內(nèi)通過垂直于聲波傳播單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于聲波傳播 方向的單位面積的聲波能量方向的單位面積的聲波能量 22 2 1 AuI Z P Zv m m 22 1 2 2 單位：單位：Js-1 m-2 = W m-2 （聲波的強(qiáng)度）（聲波的強(qiáng)度） I 與與Pm2成正比，成正比， I與與Z反比反比 第四章第四章 聲波聲波 強(qiáng)度反射系數(shù)：強(qiáng)度反射系數(shù)： Z1Z2 Ii IrIt 設(shè)入射波強(qiáng)度：設(shè)入射波強(qiáng)度：Ii 反射波強(qiáng)度：反射波強(qiáng)度：Ir 2 12 2 12 )( )( ZZ ZZ I I i r ir 2 12 21 )( 4 ZZ ZZ I I i t it 1 itir 透射波強(qiáng)度：透射波強(qiáng)度

5、：It 強(qiáng)度透射系數(shù)：強(qiáng)度透射系數(shù)： 反射與折射反射與折射 第四章第四章 聲波聲波 例題例題 如果超聲波經(jīng)由空氣傳入人體，問進(jìn)入人體的聲如果超聲波經(jīng)由空氣傳入人體，問進(jìn)入人體的聲 波強(qiáng)度是入射前強(qiáng)度的百分之幾？如果經(jīng)由蓖麻油波強(qiáng)度是入射前強(qiáng)度的百分之幾？如果經(jīng)由蓖麻油 （Z=1.36106kg/m2s）傳入，則進(jìn)入聲波的強(qiáng)度又是）傳入，則進(jìn)入聲波的強(qiáng)度又是 入射前強(qiáng)度的百分之幾？入射前強(qiáng)度的百分之幾？ 解：解： Z1= 0.0004106kg/m2, Z2= 1.63106kg/m2 999. 0 )1063. 1100004. 0( )1063. 1100004. 0( 266 266 i

6、r ir I I %1 . 0001. 0999. 011 ir i t it I I 第四章第四章 聲波聲波 例題例題 如果超聲波經(jīng)由空氣傳入人體，問進(jìn)入人體的聲如果超聲波經(jīng)由空氣傳入人體，問進(jìn)入人體的聲 波強(qiáng)度是入射前強(qiáng)度的百分之幾？如果經(jīng)由蓖麻油波強(qiáng)度是入射前強(qiáng)度的百分之幾？如果經(jīng)由蓖麻油 （Z=1.36106kg/m2s）傳入，則進(jìn)入聲波的強(qiáng)度又是）傳入，則進(jìn)入聲波的強(qiáng)度又是 入射前強(qiáng)度的百分之幾？入射前強(qiáng)度的百分之幾？ 解：解： Z1= 1.36106kg/m2, Z2= 1.63106kg/m2 008. 0 )1063. 11036. 1 ( )1063. 11036. 1 (

7、266 266 i r ir I I %2 .99992. 0008. 011 ir i t it I I 第四章第四章 聲波聲波 討論：討論： （1）當(dāng)Z1 Z2時(shí)，Ir 0; It Ii 超聲臨床診斷：石臘油。 Ii It Z1 Z2 Ii Z1 Z2 (2) 當(dāng)Z1 Z2時(shí), Ir Ii; It 0。 Ir 2 12 2 12 )( )( ZZ ZZ I I i r ir 2 12 21 )( 4 ZZ ZZ I I i t it 一、聽覺區(qū)域一、聽覺區(qū)域 引起人耳聽覺的聲波引起人耳聽覺的聲波 與頻率有關(guān)（聲調(diào)）與頻率有關(guān)（聲調(diào)）（20-20 kHz） 與聲強(qiáng)有關(guān)（響度）與聲強(qiáng)有關(guān)（響度

8、）（10-12-1 W/m2） 聽閾：聽閾：能引起聽覺的最小聲強(qiáng)剌激量（最低可聞聲強(qiáng)）能引起聽覺的最小聲強(qiáng)剌激量（最低可聞聲強(qiáng)） 如：如：1000Hz的聽閾為的聽閾為10-12 W/m2 痛閾：痛閾：人耳可容忍的最大聲強(qiáng)剌激量。人耳可容忍的最大聲強(qiáng)剌激量。 如：如：1000Hz的聽閾為的聽閾為1 W/m2 第二節(jié)、聲強(qiáng)級與響度級第二節(jié)、聲強(qiáng)級與響度級 聽閾曲線和痛閾曲線聽閾曲線和痛閾曲線 痛閾痛閾曲線曲線 聽閾聽閾曲線曲線 聽覺區(qū)域聽覺區(qū)域 1000HZ的聽覺域：的聽覺域：I =10-12 100 W/m2 聲聲 強(qiáng)強(qiáng) 聲聲 強(qiáng)強(qiáng) 級級 （W/m2） （dB） 頻率頻率（HZ） 頻率在頻率在2

9、0-20,000Hz 以外的聲波，無論聲以外的聲波，無論聲 強(qiáng)多少強(qiáng)多少,人耳都聽不見人耳都聽不見 頻率在頻率在20-20000Hz以內(nèi)以內(nèi) 的聲波，只有聲強(qiáng)適度的聲波，只有聲強(qiáng)適度, 才能引起人耳聽覺才能引起人耳聽覺 二、聲強(qiáng)級二、聲強(qiáng)級 標(biāo)準(zhǔn)參考聲強(qiáng)：標(biāo)準(zhǔn)參考聲強(qiáng)：I0=10-12W/m2 聲強(qiáng)級：聲強(qiáng)級： 0 lg I I L 0 lg10 I I L 單位：貝爾（單位：貝爾（B） 單位：分貝（單位：分貝（dB） 1B=10dB 1000HZ的聽覺域：的聽覺域： L = 0 12 B L = 0 120 dB 聲強(qiáng)每增加聲強(qiáng)每增加10倍，人耳聽覺才改變倍，人耳聽覺才改變1倍左右；倍左右；

10、 (采用對數(shù)來表示聲強(qiáng)的等級采用對數(shù)來表示聲強(qiáng)的等級) 聲源種類聲源種類 聲強(qiáng)（ W/m2） 聲強(qiáng)（dB） 幾乎不能察覺的聲音幾乎不能察覺的聲音 10-12 0 樹葉的沙沙聲樹葉的沙沙聲 10-11 10 耳語耳語 10-10 20 醫(yī)院醫(yī)院 10-8 30 鬧市鬧市 10-6 10-5 6070 地鐵或汽車地鐵或汽車 10-3 90 噴氣飛機(jī)噴氣飛機(jī) 103 140 火箭發(fā)射場火箭發(fā)射場 106 170 幾種聲音的聲強(qiáng)和聲強(qiáng)級幾種聲音的聲強(qiáng)和聲強(qiáng)級 例題例題 1、某馬達(dá)開動時(shí)產(chǎn)生的噪聲聲強(qiáng)為、某馬達(dá)開動時(shí)產(chǎn)生的噪聲聲強(qiáng)為10-7 W/m2， 求求開動一臺馬達(dá)，其噪聲聲強(qiáng)級為多少開動一臺馬達(dá)，

11、其噪聲聲強(qiáng)級為多少dB？同時(shí)同時(shí) 開動兩臺馬達(dá)，其噪聲聲強(qiáng)級為多少開動兩臺馬達(dá)，其噪聲聲強(qiáng)級為多少dB？ 解：解： I1= I = 10-7 W/m2 ，I0= 10-12 W/m2 I2=2 I 50 10 10 lg10lg10 12 7 0 1 I I L 503lg102lg10 2 lg10 00 2 I I I I L （dB） （dB） 注意: p67聲強(qiáng)具有可加性，而聲強(qiáng)級不能直接相加 三、響度級：三、響度級：人耳主觀感覺到的聲音的響亮程度人耳主觀感覺到的聲音的響亮程度。 等響曲線：等響曲線： 響度級：響度級： 舊單位：舊單位： 新單位：方新單位：方 1000HZ純音響度級與聲

12、強(qiáng)級純音響度級與聲強(qiáng)級(dB)數(shù)值相同數(shù)值相同 同一等響曲線具有相同的響度級同一等響曲線具有相同的響度級 在聽覺域中把不同頻在聽覺域中把不同頻 率、不同聲強(qiáng)率、不同聲強(qiáng), ,響度相響度相 同的點(diǎn)連成一條曲線同的點(diǎn)連成一條曲線. . 響度相同的聲音具有相同的響度級響度相同的聲音具有相同的響度級。 聽閾曲線聽閾曲線 痛閾曲線痛閾曲線 0方方 60方方 120方方 例題例題 面積為面積為1平方米的窗戶開向街道，街中有頻率平方米的窗戶開向街道，街中有頻率 為為1000Hz的聲源在窗口的聲源在窗口 的聲強(qiáng)級為的聲強(qiáng)級為80 dB，則每秒，則每秒 鐘傳入窗口聲波的能量為（鐘傳入窗口聲波的能量為（ ）J，若

13、街中有頻率，若街中有頻率 為為1000Hz的聲源在窗口的聲源在窗口 的聲強(qiáng)級各為的聲強(qiáng)級各為80 dB，則這，則這 兩個(gè)聲源同時(shí)傳到窗口的響度兩個(gè)聲源同時(shí)傳到窗口的響度 級級 為為 （ ）方。）方。 80lg10 0 I I L I0=10-12w/m2 I=10-4w/m2 E=I. t .s dB I I L83 2 lg10 0 * 多普勒效應(yīng)：因波源或觀測者相對介質(zhì)運(yùn)多普勒效應(yīng)：因波源或觀測者相對介質(zhì)運(yùn) 動，而使觀測頻率與波源頻率不同的現(xiàn)象。動，而使觀測頻率與波源頻率不同的現(xiàn)象。 （Doppler effect) 多普勒效應(yīng)是由生在德國的奧地利物理學(xué)家多普勒 （ johann dopp

14、ler 1802-1853 ）發(fā)現(xiàn)的 關(guān)于關(guān)于u 波速：波速：與介質(zhì)和波的類型有關(guān)而與波源無關(guān)與介質(zhì)和波的類型有關(guān)而與波源無關(guān) 波一旦從振源發(fā)出就忘記了自己的來源，波一旦從振源發(fā)出就忘記了自己的來源， 而以介質(zhì)給定的特定速度在介質(zhì)中傳播。而以介質(zhì)給定的特定速度在介質(zhì)中傳播。 或換言之：或換言之： 波的頻率：波的頻率：介質(zhì)中某點(diǎn)單位時(shí)間內(nèi)振動的次數(shù)。介質(zhì)中某點(diǎn)單位時(shí)間內(nèi)振動的次數(shù)。 波的頻率是波源振動的頻率，波的頻率是波源振動的頻率，與介質(zhì)無關(guān)與介質(zhì)無關(guān) 波長：波長：一個(gè)完整波在介質(zhì)中沿波線展開的長度。一個(gè)完整波在介質(zhì)中沿波線展開的長度。 u 是介質(zhì)中某點(diǎn)三量的關(guān)系。是介質(zhì)中某點(diǎn)三量的關(guān)系。關(guān)系

15、式關(guān)系式 波源的頻率波源的頻率是是波源波源在單位時(shí)間內(nèi)振動的次數(shù)，在單位時(shí)間內(nèi)振動的次數(shù)， 或在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的或在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的“完整波完整波”的個(gè)數(shù)；的個(gè)數(shù)； 觀察者觀察者接收到的頻率接收到的頻率是是觀察者觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收在單位時(shí)間內(nèi)接收 到的振動次數(shù)或完整波數(shù)；到的振動次數(shù)或完整波數(shù)； 波的頻率波的頻率是是介質(zhì)質(zhì)元介質(zhì)質(zhì)元在單位時(shí)間內(nèi)振動的次數(shù)，在單位時(shí)間內(nèi)振動的次數(shù)， 或通過介質(zhì)中某點(diǎn)的或通過介質(zhì)中某點(diǎn)的“完整波完整波”的個(gè)數(shù)。的個(gè)數(shù)。 一、多普勒效應(yīng)一、多普勒效應(yīng)的定量研究的定量研究 觀察者觀察者 O S 波源波源 u S V 0 V 波相對介質(zhì)的速度為波相對介質(zhì)的速度為u(

16、波速）波速） S V 波源的速度為：波源的速度為： 周期、頻率分別為周期、頻率分別為 ss T. 0 V觀察者速度：觀察者速度： 觀察者接受到的頻率為：觀察者接受到的頻率為： 參考系參考系 : 介質(zhì)介質(zhì) 1 1 波源與觀察者均相對媒質(zhì)靜止波源與觀察者均相對媒質(zhì)靜止 t時(shí)刻的波陣面時(shí)刻的波陣面 t+1秒時(shí)刻的波陣面秒時(shí)刻的波陣面 S S uT uu u 觀察者觀察者 接收的頻率就是接接收的頻率就是接 收者單位時(shí)間內(nèi)接收者單位時(shí)間內(nèi)接 收到的波的個(gè)數(shù)收到的波的個(gè)數(shù) 接收的頻率就是波接收的頻率就是波 源振動的頻率源振動的頻率 啟示：啟示： 2 波源不動，觀察者相對介質(zhì)以速度波源不動，觀察者相對介質(zhì)以

17、速度 運(yùn)動運(yùn)動 o V o Vu ) 1 ( )1 ( S o u V 接收頻率接收頻率 提高！提高！ A A）觀察者朝向波源運(yùn)動）觀察者朝向波源運(yùn)動 O Vu u t+t+1 1秒時(shí)刻秒時(shí)刻 的波陣面的波陣面 t t時(shí)刻的波陣面時(shí)刻的波陣面 S o uT Vu B B）觀察者遠(yuǎn)離波源運(yùn)動）觀察者遠(yuǎn)離波源運(yùn)動 o Vu )2( )1 ( S o u V S o uT Vu 接收頻率接收頻率 降低了！降低了！t+t+1 1秒時(shí)刻秒時(shí)刻 的波陣面的波陣面 t t時(shí)刻的波陣面時(shí)刻的波陣面 O V u u 3 觀察者不動，波源相對介質(zhì)以速度觀察者不動，波源相對介質(zhì)以速度 運(yùn)動運(yùn)動 s V 波源運(yùn)動時(shí)，

18、波源運(yùn)動時(shí)，。這。這 是由于當(dāng)波源運(yùn)動時(shí)，它所發(fā)出的相鄰的兩個(gè)同相振是由于當(dāng)波源運(yùn)動時(shí)，它所發(fā)出的相鄰的兩個(gè)同相振 動狀態(tài)是在不同地點(diǎn)發(fā)出的，這兩個(gè)地點(diǎn)相隔的距離動狀態(tài)是在不同地點(diǎn)發(fā)出的，這兩個(gè)地點(diǎn)相隔的距離 為為V VS ST TS S，T TS S為波源的周期。為波源的周期。 TVS y y y y A A）波源朝向觀察者以速度）波源朝向觀察者以速度 運(yùn)動運(yùn)動 S V u u S v t t時(shí)刻的波陣面時(shí)刻的波陣面 t+t+1 1秒時(shí)刻秒時(shí)刻 的波陣面的波陣面 SST V u SSS TVuT u )3( S S Vu u 接收頻率接收頻率 增高了！增高了！ TVS y y y y t t

19、時(shí)刻的波陣面時(shí)刻的波陣面 u u S V t+t+1 1秒時(shí)刻秒時(shí)刻 的波陣面的波陣面 B B）波源遠(yuǎn)離觀察者以速度）波源遠(yuǎn)離觀察者以速度 運(yùn)動運(yùn)動 S V SST V u SSS TVuT u S S Vu u 接收頻率接收頻率 降低了！降低了！ .(4).(4) TVS y y y y 4 波源與觀察者同時(shí)相對介質(zhì)運(yùn)動波源與觀察者同時(shí)相對介質(zhì)運(yùn)動 ),( os VV u u S V S V t t時(shí)刻的波陣面時(shí)刻的波陣面 t+t+1 1秒時(shí)刻秒時(shí)刻 的波陣面的波陣面 SST V SS o TV Vu SSS o TVuT Vu S S o Vu Vu )( 接收頻率接收頻率 增高了！增高了

20、！ .(5).(5) A A）波源與接收者相互靠近）波源與接收者相互靠近 B B）波源與接收者相互遠(yuǎn)離）波源與接收者相互遠(yuǎn)離 SS o TV Vu S S o Vu Vu )( u u S V o V t t時(shí)刻的波陣面時(shí)刻的波陣面 t+t+1 1秒時(shí)刻秒時(shí)刻 的波陣面的波陣面 o V SST V 接收頻率接收頻率 降低了！降低了！ SSS o TVuT Vu .(6).(6) 其中：波源靜止其中：波源靜止 觀察者靜止觀察者靜止 二者相互靠近二者相互靠近 二者相互遠(yuǎn)離二者相互遠(yuǎn)離 0 S V 0 O V OS VV. 取正值代入取正值代入 OS VV. 取負(fù)值代入。取負(fù)值代入。 0 V S V

21、 ) 1 ( )1 ( S o u V )3( S S Vu u 波源波源觀測者觀測者 vs0vs0vo 0vo0 公式歸納：公式歸納： 波源和觀測者運(yùn)動方向與波傳播方向共線。波源和觀測者運(yùn)動方向與波傳播方向共線。 S S o Vu Vu )( 波源波源 觀測者觀測者 vs vo cos cos s o vu vu 第四章第四章 第三節(jié)第三節(jié) 多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng) 頻移頻移 0 多普勒頻移多普勒頻移：由多普勒效應(yīng)引起的接收頻率 與發(fā)射頻率之差 補(bǔ)充例題補(bǔ)充例題 1、當(dāng)一列火車以、當(dāng)一列火車以96km/h的速度由你身邊開過，的速度由你身邊開過， 同時(shí)用同時(shí)用2kHZ的頻率鳴笛時(shí)，問你聽到的頻率是

22、多少？的頻率鳴笛時(shí)，問你聽到的頻率是多少？ （空氣中的聲速為（空氣中的聲速為340m/s） 解：已知解：已知 vo=0， =2000HZ ，u= 340m/s 火車向你開來時(shí)，火車向你開來時(shí)，vs=96km/h=26.7m/s， 21702000 7 .26340 340 s o vu vu 火車離你而去時(shí)，火車離你而去時(shí)， vs =-96km/h=-26.7m/s， 18542000 7 .26340 340 s o vu vu (HZ ) (HZ ) 第四章第四章 第三節(jié)第三節(jié) 多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng) 2 、 蝙蝠在飛行中是利用超聲脈沖導(dǎo)航的。假設(shè)蝙蝠蝙蝠在飛行中是利用超聲脈沖導(dǎo)航的。假設(shè)蝙

23、蝠 發(fā)射超聲脈沖的頻率為發(fā)射超聲脈沖的頻率為39000Hz，在一次朝著豎直的墻，在一次朝著豎直的墻 壁飛行時(shí)，它的飛行速度是超聲脈沖速度的壁飛行時(shí)，它的飛行速度是超聲脈沖速度的1/40。問它。問它 接受到從墻壁反射回來的超聲脈沖的頻率是多少？接受到從墻壁反射回來的超聲脈沖的頻率是多少？ s o u u s o u u 39000 40 u u u =40000Hz s o u u 40000 40 u u u =41000Hz 聽聽到到的的拍拍頻頻是是多多少少？ 觀觀察察者者頻頻率率是是多多少少？墻墻面面反反射射回回來來的的聲聲波波的的 觀觀察察者者接接收收從從小小。問問：墻墻面面的的聲聲能能

24、吸吸收收系系數(shù)數(shù)很很 的的垂垂直直墻墻面面運(yùn)運(yùn)動動。設(shè)設(shè)想想的的速速度度向向著著一一面面積積很很大大 的的聲聲波波。車車以以連連續(xù)續(xù)地地發(fā)發(fā)出出頻頻率率為為 有有喇喇叭叭的的車車上上，喇喇叭叭例例題題：一一觀觀察察者者坐坐在在帶帶 2 1 s/m56. 5H300 z smH szs /56. 5,300 解解：s/m343u s s R u u （1）首先，聲源向墻面（靜止）運(yùn)動，墻面）首先，聲源向墻面（靜止）運(yùn)動，墻面 接收到的頻率為：接收到的頻率為： R s R u u s s s R u u z H9 .309 sR z H9 . 93009 .309 300 56. 5343 56.

25、 5343 （2）觀察者聽到的拍頻：）觀察者聽到的拍頻： 再將墻面接收到的頻率再將墻面接收到的頻率v R作為新的聲源，向作為新的聲源，向 車上的觀察者發(fā)出新的聲波。車上的觀察者發(fā)出新的聲波。 車上的觀察者接收到的頻率為：車上的觀察者接收到的頻率為： 多普勒效應(yīng)的應(yīng)用多普勒效應(yīng)的應(yīng)用 科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)衛(wèi)星 在近地點(diǎn)時(shí)信號頻率 就增加，遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)信 號頻率就降低。因?yàn)?衛(wèi)星軌道是已知的， 所以接收衛(wèi)星信號的 接收機(jī)不論處于何方， 它的位置都能被測定。 美國霍普金斯大學(xué)利用多普勒效應(yīng)對蘇聯(lián)美國霍普金斯大學(xué)利用多普勒效應(yīng)對蘇聯(lián) 第一顆人造衛(wèi)星進(jìn)行了跟蹤試驗(yàn)第一顆人造衛(wèi)星進(jìn)行了跟蹤試驗(yàn) 利用多普勒效應(yīng)利用多

26、普勒效應(yīng)測量運(yùn)動物體的速度測量運(yùn)動物體的速度. . 如：飛機(jī)接近雷達(dá)的速度、汽車的行駛速度、如：飛機(jī)接近雷達(dá)的速度、汽車的行駛速度、 人造衛(wèi)星的跟蹤、流體的流速。人造衛(wèi)星的跟蹤、流體的流速。 利用多普勒效應(yīng)監(jiān)測汽車行駛的速度利用多普勒效應(yīng)監(jiān)測汽車行駛的速度 分析：分析： 1. 波向著汽車傳播并被汽車接波向著汽車傳播并被汽車接 收，此時(shí)波源是靜止的，汽車收，此時(shí)波源是靜止的，汽車 作為觀察者迎著波源運(yùn)動。作為觀察者迎著波源運(yùn)動。 2. 波從汽車表面反射回來，波從汽車表面反射回來， 此時(shí)汽此時(shí)汽 車作為波源向著接收器車作為波源向著接收器 運(yùn)動，汽車發(fā)出的波的頻率即運(yùn)動，汽車發(fā)出的波的頻率即 是它接

27、收到的頻率。是它接收到的頻率。 警察用多普勒測速儀測速警察用多普勒測速儀測速 100kHz 一、超聲波的傳播特性一、超聲波的傳播特性 （波長越短，傳播的方向性越好）（波長越短，傳播的方向性越好） 3、穿透本領(lǐng)大、穿透本領(lǐng)大 （能量集中）（能量集中） 4、反射顯著、反射顯著（對小物體而言）（對小物體而言） 范圍：產(chǎn)生條件范圍：產(chǎn)生條件： 第四節(jié)第四節(jié) 超聲波及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用超聲波及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用 1、傳播的方向性好、傳播的方向性好 近場區(qū) 遠(yuǎn)場區(qū) u aa L 22 a 61. 0sin 2、強(qiáng)度高、強(qiáng)度高（聲強(qiáng)大）（聲強(qiáng)大） 二、超聲波及其二、超聲波及其 超聲波特點(diǎn)：頻率高、波長短、衍射不嚴(yán)重超聲波特

28、點(diǎn)：頻率高、波長短、衍射不嚴(yán)重 1、定向傳播特性、定向傳播特性 探測水中物體、工件內(nèi)部缺陷探測水中物體、工件內(nèi)部缺陷 、B超超 2、穿透本領(lǐng)大、穿透本領(lǐng)大 胎兒的超聲波影象（假彩色胎兒的超聲波影象（假彩色） 超聲多普勒效應(yīng)測血流速度超聲多普勒效應(yīng)測血流速度 超聲波無損探傷超聲波無損探傷 TB TB TB TB 超聲波在水中傳播距離很遠(yuǎn)。超聲波在水中傳播距離很遠(yuǎn)。 超聲波的特點(diǎn)是頻率高、超聲波的特點(diǎn)是頻率高、 波長短，衍射不嚴(yán)重，波長短，衍射不嚴(yán)重， 因而具有良好的定向傳因而具有良好的定向傳 播特性。其穿透本領(lǐng)很播特性。其穿透本領(lǐng)很 強(qiáng)。強(qiáng)。 第四章第四章 第四節(jié)第四節(jié) 超聲波及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用超聲波

29、及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用 超聲波對介質(zhì)產(chǎn)生的特殊作用超聲波對介質(zhì)產(chǎn)生的特殊作用 機(jī)械作用機(jī)械作用 空化作用空化作用 熱作用熱作用 （乳化、霧化、碎石。）（乳化、霧化、碎石。） （局部加熱）（局部加熱） P x 二、超聲波的產(chǎn)生二、超聲波的產(chǎn)生 壓電式換能器壓電式換能器 FF 壓電晶體壓電晶體 正壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng) 逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng) 高頻脈沖高頻脈沖 發(fā)生器發(fā)生器 探頭探頭 第四章第四章 第四節(jié)第四節(jié) 超聲波及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用超聲波及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用 發(fā)射超聲波 接收超聲波 石英（SiO2)晶體壓電模型 (a) 不受力時(shí)； (b) x軸方向受力； (c) y軸方向受力 y x P1 P2P3 (a) (b)(c)

30、x y A Fx P1 P2P3 o Fx B x A Fy y C B D P1 P2 P3 o o Fy 壓電材料可以分為兩大類：壓電晶體和壓電陶瓷。壓電材料可以分為兩大類：壓電晶體和壓電陶瓷。 三、超聲波成像的基本原理三、超聲波成像的基本原理 u 超聲來回傳播時(shí)間超聲來回傳播時(shí)間t 2 ut L u 超聲波測距原理超聲波測距原理 探頭探頭物體物體 超聲發(fā)生器超聲發(fā)生器 超聲接收器超聲接收器 L 第四章第四章 第四節(jié)第四節(jié) 超聲波及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用超聲波及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用 1. A型超聲診斷儀（型超聲診斷儀（ A超）超）Amplitude 探探 頭頭 L 第四章第四章 第四節(jié)第四節(jié) 超聲波及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用

31、超聲波及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用 屬一維超聲、回聲強(qiáng)度以振幅顯示、探頭由單晶片構(gòu)成，屬一維超聲、回聲強(qiáng)度以振幅顯示、探頭由單晶片構(gòu)成， 主要用于腹部、頭顱、眼、胸腔等檢查，現(xiàn)多已淘汰。主要用于腹部、頭顱、眼、胸腔等檢查，現(xiàn)多已淘汰。 (振幅高度)代表回聲強(qiáng)度、X軸代表深度 （1）機(jī)械掃描：）機(jī)械掃描：由單個(gè)晶片擺動或三個(gè)晶片轉(zhuǎn)動掃描，探頭內(nèi)由單個(gè)晶片擺動或三個(gè)晶片轉(zhuǎn)動掃描，探頭內(nèi) 晶片由微電機(jī)帶動，作扇形掃描、圖像呈扇面形。晶片由微電機(jī)帶動，作扇形掃描、圖像呈扇面形。 （2）電子掃描儀：）電子掃描儀：探頭內(nèi)有多數(shù)晶片構(gòu)成。探頭內(nèi)有多數(shù)晶片構(gòu)成。 線陣：由數(shù)百個(gè)小晶片、排列成線形。線陣：由數(shù)百個(gè)小晶片、排列成

32、線形。 凸陣：由數(shù)百小晶片排成弧形。凸陣：由數(shù)百小晶片排成弧形。 相控陣：由相控陣：由32-64個(gè)晶片排成方形或矩形。圖像呈矩形或扇形個(gè)晶片排成方形或矩形。圖像呈矩形或扇形 線陣與凸陣主要用于腹部，扇形主要用于心臟線陣與凸陣主要用于腹部，扇形主要用于心臟 現(xiàn)代高分辯力、高靈敏度現(xiàn)代高分辯力、高靈敏度B超超都具有實(shí)時(shí)（都具有實(shí)時(shí)（real time）顯像，顯）顯像，顯 示動態(tài)圖像、動態(tài)聚集功能，橫向分辨力達(dá)示動態(tài)圖像、動態(tài)聚集功能，橫向分辨力達(dá)2-3mm。采用數(shù)字掃。采用數(shù)字掃 描轉(zhuǎn)換器增加了很多附加功能。如圖像處理，圖像輪廓增強(qiáng)，探描轉(zhuǎn)換器增加了很多附加功能。如圖像處理，圖像輪廓增強(qiáng)，探 頭位

33、置顯示、字符顯示、局部放大、停幀、拼幅、電子標(biāo)尺，面頭位置顯示、字符顯示、局部放大、停幀、拼幅、電子標(biāo)尺，面 積及心功能自動顯示。積及心功能自動顯示。 2.B型超聲診斷儀（型超聲診斷儀（B超）超）Brightness B型超聲診斷儀型超聲診斷儀 探頭探頭 熒光屏熒光屏 第四章第四章 第四節(jié)第四節(jié) 超聲波及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用超聲波及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用 B型：以二維、光點(diǎn)顯示。型：以二維、光點(diǎn)顯示。 3.M型超聲診斷儀（型超聲診斷儀（M超）超）Motion 探頭探頭熒光屏熒光屏 t 一維、光點(diǎn)顯示、光點(diǎn)的亮度代表回聲強(qiáng)弱、探頭為單晶片，一維、光點(diǎn)顯示、光點(diǎn)的亮度代表回聲強(qiáng)弱、探頭為單晶片， 用于心臟、胎心、血管檢

34、查、顯示心臟、血管結(jié)構(gòu)的活動規(guī)跡用于心臟、胎心、血管檢查、顯示心臟、血管結(jié)構(gòu)的活動規(guī)跡 曲線圖又稱曲線圖又稱M型超聲心動圖。型超聲心動圖。 第四章第四章 第四節(jié)第四節(jié) 超聲波及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用超聲波及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用 -應(yīng)用多普勒效應(yīng)測量物體運(yùn)動速度 u 波源接收器 運(yùn)動物體 V 入射線反射線 0 4. D超超 (超聲多普勒血流儀超聲多普勒血流儀) 運(yùn)動物體B接收到的頻率為： 0 1cos u vu R接收到的頻率為： 0 2 1 2 cos cos cos vu vu vu u 對對入射過程入射過程（發(fā)射超聲）：（發(fā)射超聲）： 運(yùn)動物體速度V在連線上的投影分量為 cos1, 對對反射過程反射過程（接收超

35、聲）：（接收超聲）： 運(yùn)動物體速度V在連線上的投影分量為 cos(-2 ), o 頻移頻移 =-0 00 2 1 cos cos vu vu 0 2 21 cos coscos vu vv )(cos(cos21 0 vu v u 當(dāng)A與R合一時(shí)，1=2= 0 cos2 u v cos2cos2 0 u v 物體運(yùn)動速度： 彩色多普勒儀用于檢測心腔及血管內(nèi)血流。都具有彩色多普勒儀用于檢測心腔及血管內(nèi)血流。都具有B型、型、M型、連續(xù)波、脈沖波多普勒功能型、連續(xù)波、脈沖波多普勒功能 v 超聲成像 超聲成像具有實(shí)時(shí)性好、無損傷、無痛苦，以及 低成本等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn) 近年來，超聲成像在彩色血流測量技術(shù)、三維超 聲等方面的發(fā)展特別引人注目 彩色多普勒血流成像系統(tǒng)（通常稱為彩超）