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1、第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器一、射线式传感器一、射线式传感器二、超声波传感器二、超声波传感器三、微波传感器三、微波传感器 第第11章章 射线及波式传射线及波式传 感感 器器第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器一、一、射线式传感器射线式传感器 测量原理测量原理利用核辐射粒子的电离作用、穿透能力、物体吸收、散射和反射等物理特性工作的传感器。可用来测量物质的密度、厚度，分析气体成分，探测物体内部结构等，它是现代检测技术的重要部分。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器1、核辐射源、核辐射源 放射性同位素放射性同位素 在核辐射传感器中，常采用、和X射线的核辐射源，产
2、生这些射线的物质通常是放射性同位素。放放射射性性同同位位素素的的特特点点：在没有外力作用下能自动发生衰变，并释放出上述射线。其衰减规律为：式中J、J0分别为t和t0时刻的辐射强度，为衰变常数。核辐射检测要采用半衰期比较长的同位素。半衰期是指放射性同位素的原子核数衰变到一半所需要的时间，这个时间又称为放射性同位素的寿命。核辐射检测除了要求使用半衰期比较长的同位素外，还要求放射出来的射线要有一定的辐射能量。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 2、核辐射的物理特性、核辐射的物理特性 1）核辐射 核辐射是放射性同位素衰变时，放射出具有一定能量和较高速度的粒子束或射线。主要有四种：射线、射线
3、、射线和X射线射线。、射线分别是带正、负电荷的高速粒子流；射线不带电，是以光速运动的光子流，从原子核内放射出来；X射线是原子核外的内层电子被激发射出来的电磁波能量。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 2）核辐射与物质的相互作用u 核辐射线的吸收、散射和反射 、射线穿透过物质程中，一部分粒子能量被物质吸收，一部分粒子被散射掉，能量衰减规律为式中J、J0分别为射线穿透物质前、后的辐射强度，h为穿透物质的厚度，为物质的密度，am为物质的质量吸收系数。三种射线中，射线穿透能力最强，射线次之，射线最弱，射线的穿透厚度比、要大得多。射线穿透物质时容易产生散射现象。当产生相反方向散射时，即出现了
4、反射现象。反射的大小与反射物质的厚度关系为：式中：Jh 反射物质厚度为h(mm)时，放射线被反射的强度；Jm 当h趋向无穷大时的反射强度，Jm与原子序数有关；h 辐射能量的常数。当J0、am、Jm、h、等已知后，只要测出J或Jh就可求出其穿透厚度h。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器u 电离作用 当具有一定能量的带电粒子穿透物质时，在它们经过的路程上就会产生电离作用，形成许多离子对，电离作用是带电粒子和物质相互作用的主要形式。粒子（射线）由于能量、质量和带电量大，故电离作用最强，但射程(带电粒子在物质中穿行时、能量耗尽前所经过的直线距离)较短。粒子质量小，电离能力比同样能量的粒子要
5、弱，由于粒子易于散射，所以其行程是弯曲的。粒子几乎没有直接的电离作用。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 3、核辐射传感器、核辐射传感器 核辐射与物质的相互作用是核辐射传感器检测物理量的基础。利用电离、吸收和反射作用以及、和X射线的特性可以检测多种物理量。常用电离室、气体放电计数管、闪烁计数器和半导体检测核辐射强度，分析气体，鉴别各种粒子等。1)电离室 如图，在电离室两侧的互相绝缘的电极上，施加极化电压，使两极板间形成电场。在射线作用下，两极板间的气体被电离，形成正离子和电子，带电粒子在电场作用下定向运动形成电流I，在外接电阻上便形成压降。电流I与气体电离程度成正比，电离程度又正比
6、于射线辐射强度，因此，测量电阻R上的电压值就可得到核辐射强度。电离室主要用于探测探测、粒子粒子。电离室的窗口直径约100mm左右。射线的电离室同、的电离室不太一样，由于射线不直接产生电离，因而只能利用它的反射电子和增加室内气压来提高光子与物质作用的有效性，因此，射线的电离室必须密闭。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 2)盖格计数管盖格计数管 盖格计数管又称为气体放电计数管，其中心有一根与管子绝缘的金属丝作为阳极，管壳内壁涂有导电金属层作为阴极，计数管内充有氩、氮等气体。在两极间加上适当电压，当核辐射进入计数管内后，管内气体被电离。当电子在外电场的作用下向阳极运动时，由于碰撞气体产
7、生次级电子，次极电子又碰撞气体分子，产生新的次级电子，这样次级电子急剧倍增，发生“雪崩”现象使阳极放电。盖格计数管的特性曲线如下图所示。J1、J2代表入射的核辐射强度，J1J2。由图可知，在外电压U相同的情况下，入射的核辐射强度越强，盖格计数管内严生的脉冲N越多。盖格计数管常用于探测射线和粒子的辐射量(强度)。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 3)闪烁计数管闪烁计数管 闪烁计数管由闪烁晶体(受激发光物体，常有气体、液体和固体三种，分为有机和无机两类)和光电倍增管组成。当辐射照射到闪烁晶体上，便激发出微弱的闪光，闪光射到光电倍增管上（由于闪光很微弱，必须使用光电倍增管才会有光电流输
8、出），就会在其阳极形成脉冲电流，从而得到与核辐射有关的电信号。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 4、核辐射传感的应用举例、核辐射传感的应用举例 核核辐辐射射传传感感器器除除了了用用于于核核辐辐射射的的测测量量外外，也也能能用用于于气气体体分分析析、流流量量、物位、重量、温度、探伤以及医学等方面。物位、重量、温度、探伤以及医学等方面。1核辐射流量计核辐射流量计 核核辐辐射射流流量量计计可可以以检检测测气气体体和和液液体体在在管管道道中中的的流流量量。如如图图，在在气气流流管管壁壁上上装装有有如如图图所所示示的的两两个个活活动动电电极极，其其一一的的内内侧侧面面涂涂覆覆有有放放射射性
9、性物物质质构构成成的的电电离离室室。当当气气体体流流经经两两电电极极间间时时，由由于于核核辐辐射射使使被被测测气气体体电电离离，产产生生电电离离电电流流；电电离离子子一一部部分分被被流流动动的的气气体体带带出出电电离离室室，电电离离电电流流减减小小。随着气流速度的增加，带出电随着气流速度的增加，带出电离离室室的的离离子子数数增增加加，电电离离电电流流也也随随之之减减小小。当当外外加加电电场场定定，辐辐射射强强度度恒恒定定时时，离离子子迁迁移移率率基基本本是是固固定定的的，因因此此，可可以以比比较较准准确确地地测测出出气气体流量。体流量。若在流动的液体中，掺入少量若在流动的液体中，掺入少量放射性
10、物质，也可以运用放射性同放射性物质，也可以运用放射性同位素跟踪法求取液体流量。位素跟踪法求取液体流量。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 2核辐射测厚仪核辐射测厚仪 核核辐辐射射测测厚厚仪仪是是利利用用射射线线的的散散射射与与物物体体厚厚度度的的关关系系来来测测量量物物体体厚厚度度的。下图是利用差动和平衡变换原理测量镀锡钢带镀锡层的厚度测量仪。的。下图是利用差动和平衡变换原理测量镀锡钢带镀锡层的厚度测量仪。图中图中3、4为两个电离室，电离室外壳加上极性相反的电压，形成相为两个电离室，电离室外壳加上极性相反的电压，形成相反的栅极电流使电阻反的栅极电流使电阻R上的压降正比于两电离室辐射
11、强度的差值。电离上的压降正比于两电离室辐射强度的差值。电离室室3的辐射强度取决于辐射源的辐射强度取决于辐射源2的放射线经镀锡钢带镀锡层后的反向散射，的放射线经镀锡钢带镀锡层后的反向散射，电离室电离室4的辐射强度取决于的辐射强度取决于8的辐的辐射线经挡板射线经挡板5位置的调制程度。位置的调制程度。利用利用R上的电压，经过放大后，上的电压，经过放大后，控制电机转动、以此带动挡板控制电机转动、以此带动挡板5位移，使电极电流相等。用检测位移，使电极电流相等。用检测仪表测出挡板的位移量，即可测仪表测出挡板的位移量，即可测量镀锡层的厚度。量镀锡层的厚度。1-锡层 2放射源 3、4-电离室 5-挡板 6-电
12、机 7-滚子 8-辅助放射源 9-钢带第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器二、二、超声波传感器超声波传感器 超声技术是一门以物理学、电子学、机械及材料科学为基础、应用超声技术是一门以物理学、电子学、机械及材料科学为基础、应用十分广泛通用技术之一。在国民经济中，对提高产品质量，保障生产安十分广泛通用技术之一。在国民经济中，对提高产品质量，保障生产安全和设备安全运行，降低生产成本，提高生产效率等具有重要的意义。全和设备安全运行，降低生产成本，提高生产效率等具有重要的意义。超超声声波波具具有有聚聚束束、定定向向及及反反射射、散散射射、透透射射等等特特性性。按按超超声声振振动动辐辐射射大大小
13、小不不同同大大致致可可分分为为：利利用用超超声声波波使使物物体体或或物物件件发发生生变变化化的的功功率率应应用用，称称之之谓谓功功率率超超声声；利利用用超超声声波波获获取取若若干干信信息息，称称之之谓谓检检测测超超声声。这这两两种种超声的应用，同样需要借助于超声波传感器超声的应用，同样需要借助于超声波传感器(换能器或探头换能器或探头)来实现。来实现。目前，超声波技术广泛应用于冶金、船舶、机械、医疗等各个工业部目前，超声波技术广泛应用于冶金、船舶、机械、医疗等各个工业部门，例如超声清洗、超声焊接、超声加工、超声检测和超声医疗等方面，门，例如超声清洗、超声焊接、超声加工、超声检测和超声医疗等方面，
14、并取得了很好的社会效益和经济效益。并取得了很好的社会效益和经济效益。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器1、超声波的基本特性、超声波的基本特性 超声波的频率在104Hz 1012Hz之间，其中常用的频率大约在104Hz 3106Hz之间。超声波在声场（被超声所充满的空间）传播时，如果超声波的波长远小于声场的尺度，超声波就像处在一种无限介质中，超声波自由地向外扩散；反之，如果超声波的波长与相邻介质的尺寸相近，则超声波受到界面限制不能自由地向外扩散。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 1）超声波的传播速度）超声波的传播速度 超声波在介质中可产生三种形式的波：横波 只能在固体中
15、传播；纵波 能在固体、液体和气体中传播；表面波 质点振动介于纵波与横波之间，沿物体表面传播。能在固体、液体中传播，随深度的增加其衰减很快。实际测量时多采用纵波。超声波的频率越高，与光波的某些性质越相似。超声波与其他声波一样，传播速度与介质密度和弹性特性有关。u 超声波(纵波)在气体和液体中的传播速度 在气体和液体中的传播速度CgL 式中：介质的密度；Ba 绝对压缩系数（B为容变模量）。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器u 超声波在固体中的传播速度 纵波在固体介质中传播的声速 固体中纵波的传播速度与介质形状有关。（细棒）（薄板）（无限介质）式中 E 杨氏模量；泊松比；K 体积弹性模量
16、；G 剪切弹性模。横波声速（无限介质）固体中，介于0之间，因此一般可视为横波声速为纵波的一半。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 2）超声波的物理性质）超声波的物理性质u超声波的反射和折射 当超声波传播到两种特性阻抗不同介质的分界面上时，一部分声波被反射；另一部分透射过界面，在相邻介质内部继续传播，这种现象称之为声波的反射和折射。如下图所示。声波的反射系数R和透射系数T可分别由如下两式求 式中、为声波的入射角和折射角；1 c1、2 c2 分别为两介质特性阻抗，其中c1和c2分别为反射波和折射波的速度。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 反反射射角角、折折射射角角与与两两
17、个个介介质质中中的的速度满足折射定律：速度满足折射定律：如如果果sin ac1/c2，入入射射波波完完全全被被反反射射，在在相相邻邻介介质质中中没没有有折折射射波，成为全反射。波，成为全反射。如果声波斜入射到两固体介质界面或两粘滞弹性介质界面时，如果声波斜入射到两固体介质界面或两粘滞弹性介质界面时，一列斜入射的纵波不仅会产生反射纵波和折射纵波，而是还产生反一列斜入射的纵波不仅会产生反射纵波和折射纵波，而是还产生反射横波和折射横渡。射横波和折射横渡。当超声波垂直人射界面时，即当超声波垂直人射界面时，即0，则，则 第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器u 超声波的衰减超声波的衰减 超超声声
18、波波在在一一种种介介质质中中传传播播时时，其其声声压压和和声声强强按按指指数数函函数数规规律律衰衰减减。在在平平面面波波的的情情况况下下，距距离离声声源源x处处的的声声压压p和和声声强强I衰衰减减规规律律如下：如下：式中式中 p0、I0 距离声源距离声源 x 0处的声压和声强；处的声压和声强；x 观测点与声源间的距离；观测点与声源间的距离；A 衰减系数，单位为衰减系数，单位为Np/cm(奈培奈培/厘米厘米)。实际使用时，常采用实际使用时，常采用10-3dB/mm为单位。为单位。例例如如，若若衰衰减减系系数数为为1dB/mm，声声波波穿穿透透1mm则则衰衰减减1dB；声声波穿透波穿透20mm，1
19、dB/mm20mm20dB，即衰减即衰减90。(3)超声波的干涉超声波的干涉 如如果果在在同同一一种种介介质质中中传传播播频频率率相相同同、振振动动方方向向相相同同两两列列及及以以上的声波，就会产生波的干涉现象。上的声波，就会产生波的干涉现象。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器u 超声波的波型转换超声波的波型转换 当当超超声声波波以以某某一一角角度度入入射射到到第第二二介介质质(固固体体)界界面面上上时时，除除有有纵纵波波的的反反射射、折折射射外外，还还会会有有横横波波的的反反射射和和折折射射。在在一一定定条条件件下下，还还能产生表面波。它们符合几何光学中的反射定律，即能产生表面波
20、。它们符合几何光学中的反射定律，即 式中：式中：a 入射角；入射角；a 1、a 2 纵波与横波的反射角；纵波与横波的反射角；、纵波与横波的折射角；纵波与横波的折射角；cL、cL1、cL2 入射介质、反射介质、入射介质、反射介质、折射介质内的纵波速度；折射介质内的纵波速度；cS1、c S 2 反射介质、折射介质内反射介质、折射介质内 的横波速度。的横波速度。若介质为液体或气体，则仅有纵波。利用上式可以实现波型转换。若介质为液体或气体，则仅有纵波。利用上式可以实现波型转换。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 2、超声波传感器、超声波传感器 能将（交流）电信号转换成机械振动而向介质中辐射
21、（发射）超声波，或将超声场中的机械振动转换成相应的电信号的装置称为超声波换能器（或称为探测器、传感器、探头）。超声波传感器一般都是可逆的，既能发射也能接收发射超声波。超声波探头按其结构可分为直探头、斜探头、双探头、液浸探头和聚焦探头等。超声波探头按其工作原理又可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等。最常用的是中压电式探头。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 1）普通型超声波传感器 直探头 压电式直探头主要由压电晶片、吸收块(阻尼块)、保护膜组等成，其结构如图10-8所示。压电晶片多为圆板形，其厚度与超声波频率成反比。例如，厚度为1mm晶片的自然频率约为；厚度为晶片的自然频率约为2.5
22、MHz。压电晶片的两面镀有银层，作导电的极扳，阻尼块的作用是降低晶片的机械品质，吸收声能量。如果没有阻尼块，当激励的电脉冲信号停止时，晶片将会继续振荡，加长超声波的脉冲宽度，使分辨率变差。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 2)聚焦型超声波换能器聚焦型超声波换能器 球面聚焦换能器 这种换能器利用声透镜聚焦。这种换能器的使用环境多为液体介质，透镜的透声材料的声速一般总是大于液体中的声速，所以聚焦透镜为凹透镜。如右上图所示。球心焦点法线折射线入射线球面聚焦换能器示意图透声材料压电陶瓷折射角小于入射角，介质的声速应小于透声材料。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 3)超声波测
23、量厚度脉冲反射式超声测厚仪 超声波测厚仪按其工作原理可以分为共振法、干涉法及脉冲回波法等几种。由于脉冲反射法不涉及共振机理，与被测物表面的光洁度关系不密切，所以，超声波脉冲反射式是最常用的一种测厚方法。测量原理 脉冲反射式超声测厚原理是测量超声波脉冲通过试样所需的时间间隔，然后根据超声波脉冲在样品中的传播速度求出样品厚度。式中：d 样品厚度；c 超声波速度；t 超声波从发射到接收回波的时间间隔。无论是超声测厚仪(含测距)还是超声波探伤仪，使用的超声波脉冲必须是窄脉冲，所以超声波换能器(应具有宽频带、窄脉冲特性)必须用窄脉冲激励。否则，发射脉冲与反射脉冲以及反射脉冲之间将会产生重叠现象，影响测量
24、。同步电路同步电路窄脉冲窄脉冲发生器发生器超声波超声波换能器换能器回波接收回波接收放大器放大器回波脉回波脉冲形成冲形成电路电路计数计数(计计时时)电路电路启启动动停停止止显示电显示电路路原理框图原理框图时钟电时钟电路路第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 超声波发射电路 超声波发射电路实际上是超声波窄脉冲信号形成电路，它由超声波大电流脉冲发射电路和抵消法窄脉冲发射电路组成。超声波大电流脉冲发射电路 右下图是一种典型的超声波大电流脉冲发射电路原理图。在测厚仪中，通常采用复合晶体管作开关电路。由BG1和BG2组成高反压大电流脉冲发生的复合管，当同步脉冲到来时，复合管突然雪崩导通，充有较高
25、电压的电容C迅速放电，形成前沿极陡的高压冲击，以激励超声波探头产生超声发射脉冲波。发射脉冲发射脉冲回波脉冲回波脉冲第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 抵消法窄脉冲发射电路：抵消法窄脉冲发射电路能发射一个只保留前半周期的窄脉冲信号。从主控器来的正脉冲信号经过两条通路施加到换能器上。一路是经BG2倒相放大成为负脉冲，通过D1加到换能器上，使它开始作固有振荡。另一路是先经过电感L1、L2和变容二极管D3、D4组成的延迟电路，使脉冲信号延迟一段时间，然后再经BG1倒相放大，通过D2加到换能器上，使它在原来振动的基础上，选加一个振动。调节电位器W1和W3可控制两脉冲信号的幅度；调节W2可以改
26、变变容二极管D3和D4的结电容，从而使脉冲信号的延迟时间在一定范围内变化。通过调节幅度与滞后量，可使两个振动互相叠加后，除了开始的半个周期外，其余部分都因振幅相等、相位相反而互相抵消，使换能器输出窄脉冲。抵消脉冲抵消脉冲产生电路产生电路发射脉冲发射脉冲产生电路产生电路充电充电电容电容延迟线路延迟线路第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 超声波接收电路 由于超声波的反射信号是很微弱的脉冲信号，因此，接收电路的设计必须考虑如下因素：足够大的增益，至少要60dB的增益，这时既要防止放大器的饱和又要防止其自激；脉冲放大电路与接收换能器之间的阻抗要匹配，使接收灵敏度与信噪比最佳；放大器要以足够
27、宽的频带，使脉冲信号不失真；前置级放大电路必须是低噪声的。由于换能器是容性的，通常选用共射-共集连接的宽频带放大器。电路由输入级、中间级和输出级组成。输入级增益KI18dB，能对2mV的输入电压脉冲进行低噪声宽带(5MHz)放大;中间级增益Km33dB。脉冲信号经输出级的放大、整形后，送入控制显示电路进行计数。？第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 2超声波诊断仪超声波诊断仪 超超声声波波诊诊断断仪仪是是通通过过向向人人体体内内发发射射超超声声波波(主主要要采采用用纵纵波波)，然然后后接接收收经经人人体体各各组组织织反反射射回回来来的的超超声声波波信信号号并并加加以以处处理理和和显显
28、示示，根根据据超超声声波波在在人人体体不不同同组组织织中中传传播播特特性性的的差差异异进进行行诊诊断断的的。超超声声波波诊诊断断仪仪最最常常用用的的有有A型超声波诊断仪、型超声波诊断仪、M型超声波心动图仪和型超声波心动图仪和B型超声波断层显像仪等。型超声波断层显像仪等。A型超声波诊断仪型超声波诊断仪 A型型超超声声波波诊诊断断仪仪又又称称为为振振幅幅(Amplitude)型型诊诊断断仪仪，其其原原理理类类似似示示波波器器，所所不不同同的的是是在在垂垂直直通通道道中中增增加加了了检检波波器器，以以便便把把正正负负交交变变的的脉脉冲冲调制信号变成单向的视频脉冲信号。调制信号变成单向的视频脉冲信号。
29、同同步步电电路路产产生生50Hz20kHz的的同同步步脉脉冲冲，该该脉脉冲冲触触发发扫扫描描电电路路产产生生锯锯齿齿波波电电压压信信号号，齿齿波波电电压压信信号号的的频频率率与与超超声声波波的的频频率率相相同同，而而且且与与视视频频信号同步。信号同步。发射电路在同步脉冲发射电路在同步脉冲作用下，产生一高频调幅作用下，产生一高频调幅振荡，即产生幅度调制波振荡，即产生幅度调制波(正弦填充脉冲正弦填充脉冲)。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器发射电路发射电路方面将调幅波送入高频放大器放大，使荧光屏上显示方面将调幅波送入高频放大器放大，使荧光屏上显示发射脉冲发射脉冲(如荧光屏上的第一个脉冲
30、如荧光屏上的第一个脉冲)，另一方面将调幅波送到超，另一方面将调幅波送到超声波探头激励探头产生一次超声振荡，超声波进入人体后的反射声波探头激励探头产生一次超声振荡，超声波进入人体后的反射波由探头接收并转换成电压信号，该电压信号经高频放大器放大、波由探头接收并转换成电压信号，该电压信号经高频放大器放大、检波、功率放大，在荧光府上将显示出一系列的回波，它们代表检波、功率放大，在荧光府上将显示出一系列的回波，它们代表着各组织的特性和状况。着各组织的特性和状况。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 M型超声波诊断仪型超声波诊断仪 M型型超超声声波波诊诊断断仪仪主主要要用用于于运运动动(Moti
31、on)器器官官的的诊诊断断，常常用用于于心心脏脏疾疾病病的的诊诊断断，故故又又称称为为超超声声波波心心动动图图仪仪。它它是是在在A型型超超声声波波诊诊断断仪仪的的基基础础上上发发展展起起来来的的一一种种辉辉度度调调制制式式仪仪器器。它它与与A型型超超声声波波诊诊断断仪仪的的不不同同点点是是M型型的的发发射射波波和和回回波波信信号号不不是是加加到到示示波波管管的的垂垂直直偏偏转转板板上上，而而是是加加到到示示波波管管的的栅栅极极或或阴阴极极上上来来控控制制到到达达示示波波管管的的电电子子束束的的强强度度。脉脉冲冲信信号号幅幅度度高高，荧荧光光屏屏的的光光点点亮亮；反反之之，光光点点暗暗。光光点点
32、的的纵纵坐坐标标代代表表与与回回波波信信号号相相对对应应的的点点到到体体表表的的距距离离，横横坐坐标标则则表表示示不不同同时时刻刻，这这种种显显示示方方式式最最适适用用于于观观察运动器官的动作情况。察运动器官的动作情况。各层组织与探头的距离而不各层组织与探头的距离而不同，在荧光屏上会呈现随心同，在荧光屏上会呈现随心脏搏动而上下摆动的一系列脏搏动而上下摆动的一系列光点，当代表时间的扫描线光点，当代表时间的扫描线沿水平方向从左至右等速移沿水平方向从左至右等速移动时，上下摆动的光点便横动时，上下摆动的光点便横向展开，得到心动周期、心向展开，得到心动周期、心脏各层组织结构随时间变化脏各层组织结构随时间
33、变化的话动曲线，这就是超声心的话动曲线，这就是超声心动图。动图。实际操作时，将探头固定在某一部位，如心脏部位。由于心脏搏动，实际操作时，将探头固定在某一部位，如心脏部位。由于心脏搏动，第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 由由M型显示得到的位移曲线，对时间微分可以得到速度曲线和型显示得到的位移曲线，对时间微分可以得到速度曲线和加速度曲线，如下图所示。利用这些加速度曲线，如下图所示。利用这些套曲线，比较容易判断某些套曲线，比较容易判断某些运动器有的疾病。运动器有的疾病。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 3B型超声波诊断仪型超声波诊断仪 B型型超超声声波波诊诊断断仪仪(简简
34、称称为为B超超，其其成成像像方方式式称称为为B型型成成像像方方式式)是是在在M型型诊诊断断仪仪的的 基基 础础 上上 发发 展展 起起 来来 的的 辉辉 度度 调调 制制(Brightness Modulation)式式诊诊断断仪仪。B型型成成像像方方式式所所得得到到的的是是与与声声束束传传播播方方向向垂垂直直的的物物体体断断面面的的图图像像，声声束束沿沿z方方向向传传播播，沿沿x方方向向扫扫描描，逐逐次次照照射射物物体体的的不不同同区区域域，并接收声束所并接收声束所B超的电子扇形扫描手动移动扫描位置达区域内物体的散射声信号，将声信号幅度调制成荧光屏上相应位置的达区域内物体的散射声信号，将声信
35、号幅度调制成荧光屏上相应位置的光点亮度，从而获得声束扫描断面内与声散射信号幅度光点亮度，从而获得声束扫描断面内与声散射信号幅度 对对应的图像。应的图像。扫描方式主要有线扫描和扇形扫描两种。扫描方式主要有线扫描和扇形扫描两种。第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 B超所使用的换能器多为线阵聚焦超所使用的换能器多为线阵聚焦/扫描型，典型阵元数为扫描型，典型阵元数为256，外形，外形如作下图所示。如作下图所示。B超换能器外形图肾脏的B超图像右下图是肾脏的右下图是肾脏的B超图像超图像第第11章章 射线及波式传感器射线及波式传感器 虽虽然然B型型和和M型型诊诊断断同同均均属属辉辉度度调调制制式
36、式仪仪器器，但但是是存存在在两两个个显显著著的不同点：的不同点：(1)当当M型型超超声声波波诊诊断断仪仪工工作作时时，探探头头固固定定在在某某一一点点，超超声声波波定定向向发发射射；而而B型型超超声声波波诊诊断断仪仪工工作作时时，探探头头是是连连续续移移动动，或或者者探探头头不不动动而而发发射射的的超超声声波波束束不不断断地地变变动动传传播播方方向向。探探头头由由人人手手移移动动的的称称之之为为手手动动扫扫描描，用用机机械械移移动动的的称称之之为为机机械械扫扫描描，用用电电子子线线路路变变动动超超声声波波束束方向的称之为电子扫描。实际工作时这两种扫描的联合动作。方向的称之为电子扫描。实际工作时
37、这两种扫描的联合动作。(2)M型型超超声声波波诊诊断断仪仪显显示示的的是是超超声声心心动动图图像像，而而B型型超超声声诊诊断断仪仪显显示示的的是是人人体体组组织织的的二二维维断断层层图图像像。B型型超超声声诊诊断断仪仪要要接接收收两两种种信信息息，一一种种是是超超声声回回波波的的强强度度信信息息，另另一一种种超超声声探探头头的的位位置置信信息息。由由探探头头发发射射和和接接收收的的超超声声波波经经电电路路处处理理后后，将将视视频频脉脉冲冲输输送送到到存存储储示示波波管管的的栅栅极极进进行行调调解解。此此外外，把把探探头头在在空空间间的的某某一一位位置置定定为为参参考考位位置置，偏偏离离参参考考位位置置的的角角度度经经位位置置传传感感器器转转换换成成电电压压加加至至示示波波管管的的X，Y偏偏转转板板上上，使使得得探探头头移移动动线线(声声束束截截面面上上反反射射组组织织的的X-Y位位置置)与与荧荧光光屏屏上上亮亮点点的的X-Y位置相对应，于是在荧光屏上便可显示出人休内器官的影像图。位置相对应，于是在荧光屏上便可显示出人休内器官的影像图。超声波还可以测量液（物）位（实际上是测距，原理与测厚相同）超声波还可以测量液（物）位（实际上是测距，原理与测厚相同）、硬度、流速（流量）等。、硬度、流速（流量）等。