医用超声波 看看科学家们都在用超声波干什么？

如今，孕妇在社交媒体上刷屏幕、拍怀孕照片已经成为一种趋势。那么b超的原理是什么，每个孕妇都应该接触？为什么b超能看到肚子里的宝宝？这需要引入背后的英雄——超声波。

超声波雾化

看上面的动画，不是很直观吗？加湿器的底部有一个超声波发射器，它发出的超声波就像火箭喷发一样，把水打碎成许多微小的水滴，冲出水面，成为我们看到的雾化效果。因为没有被水加热蒸发，感觉很爽。医院的雾化器也是用超声波雾化的。

雾化器

4.动态光弹性成像

我们知道，声波是看不见的。但是利用动态光弹性成像，我们可以非常直观地看到声波在透明固体中的传播路径。

2018年公众科学日:儿童和家长观看“超声可视化”科普微视频

动态光弹性超声成像系统示意图

动态光弹性超声成像系统物理图

动光弹性成像

超声波在固体中具有改变光偏振方向的能力，即暂时双折射效应。有些材料通常不具有双折射，但当它们受到应力或电场作用时，就会具有双折射。一般来说，自然光很难穿过两个垂直的偏振器。当带有超声波的透明试块置于两个垂直偏振器之间时，由于暂时的双折射效应，部分入射光通过并被成像屏捕获，从而显示出超声波的波形。通过延时同步装置调整入射光和超声波发射之间的延时，可以观察到超声波轨迹。

与解析方法和数值方法相比，动态光弹性成像方法提供的实验结果更准确，更接近实际物理模型，可以验证数值模拟方法。

5.“工业b超”

超声波遇到不均匀或不连续的传输介质时，会发生反射和衍射。利用超声波的这一特性，研究人员开发了医用b超和“工业b超”。

医用b超

超声诊断仪可分为A、B、C、F四类，其中B是最常用的一种。通常“b超”是指向人体发射超声波，接收内脏的反射波，反射屏幕上携带的信息。

超声波和普通的声音一样，可以定向传播。声音有的穿透物体，有的被组织吸收，有的被反射。b超利用反射信号来确定被检测组织的形状。它的原理类似于蝙蝠和海豚的回声定位。发射信号和回波信号之间的时间差用于确定组织的位置信息。特别是在组织界面，超声有很强的反射，这些强反射信号用来描述重建组织器官的外观。由于不同声波的穿透深度和波长不同，具体体检中使用的超声波一般确定在2MHz到15MHz范围内。在临床成像中，超声探头会直接接触皮肤表面，探头与皮肤之间涂有耦合粘液，以利于探头与组织器官之间超声信号的传输。

用于超声波探伤的超声波相控阵

人们在做体检或疾病检查时经常去医院做b超。在工业中，仪器设备和人类一样，工作时间长了有“内伤”，肉眼无法直接观察到。那么，如何为机器做b超检查呢？这里将使用工业超声相控阵系统。

超声相控阵

该系统主要由超声波探头、控制系统和上位机组成。超声波探头的主要功能是实现电信号和超声波的相互转换。控制系统是相控阵成像系统的核心部分，它可以控制不同阵元的传输延迟时间，实现声波的相位延迟，即控制不同位置声源的传输时间，在同一波前上达到相同的相位，从而实现声波能量的同时增加。

相位延迟就像一个声透镜，可以改变声波波前，实现声波的聚焦或偏移，从而获得成像信息。

相位延迟示意图

上位机相当于一个计算机显示屏，负责将控制系统采集的信息显示为二维图像，并提供检查报告。

超声波无损检测

2018年公众科学日:工件无损检测

最简单的常规超声波无损检测设备由三部分组成，即超声波发射和接收模块、超声波换能器和示波器。

常规超声无损检测设备的实物

首先，超声波发射和接收模块产生电脉冲，电脉冲进入超声波换能器，成为超声波。当超声波在被测工件内部传播时，遇到缺陷时会被换能器反射接收，最后示波器界面上会显示一个异常信号。因此，通过移动换能器，观察缺陷回波的大小和到达时间，可以判断缺陷的位置，估计缺陷的形状和大小，完成对工件的无损检测。

齿轮焊缝超声波探伤仪

比如汽车出厂前，必须经过一个齿轮超声波探伤的过程，检测齿轮完好后才能贴上“质量证明书”。

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以上仅为中国科学院声学研究所超声技术中心工作的一部分。面对我国海洋资源勘探和海洋装备安全的重要战略需求，超声技术中心专注于深海钻探与资源评价、海洋装备无损检测、声学检测与传感器技术、声学物理与声能应用等方面的科技创新。，并产生了一系列重大科技成果。它是深井钻井、声能应用、医学声学、微声学和计算声学等领域科学研究、人才培养和开放交流的重要基地。未来，我们将继续努力，奋进。

作者:中国科学院声学研究所