一、超声的概念
超声波是声波的一种，是机械振动在弹性介质中的传播；频率在16-20000赫（Herz)的声波人耳可以听到称为可闻声波；频率高于20000赫的声波，人耳听不到称为超声波。
二、超声的物理特性
（一)超声场特性：超声在介质内传播的过程中，明显受到超声振动影响的区域称超声场。超声场具有以下特点：如果超声换能器的直径明显大于超声波波长，则所发射的超声波能量集中成束状向前传播，这现象称为超声的束射性（或称指向性)。换能器近侧的超声波束宽度与声源直径相近似，平行而不扩散，近似平面波，该区域称近场区。近场区内声强分布不均匀。近场区以外的声波以某一角度扩散称远场区。该区声波近似球面向外扩散，声强分布均匀，但逐渐减弱，换能器的频率愈高，直径愈大，则超声束的指向性越好、其能量越集中（图15-1-1)。近场距离，远场扩散角与换能直径及频率的关系如公式所示：
L0=r2f/Csinθ=1.22λ/D
式中L0为近场距离，r为换能器半径，f为频率，C为声速、θ为半扩散角、D为换能器直径，λ为超声波波长。
L0近场区，θ半扩散角，D声源直径
（二)超声的反射与散射
1.声阻抗：介质的密度与超声在介质中传播速度的乘积称声阻抗。声阻抗值一般为固体>液体>气体。
超声在密度均匀的介质中传播，不产生反射和散射。当通过声阻抗不同的介质时，在两种介质的交界面上产生反射与折射或散射与绕射。
2.反射、折射与透射：凡超声束所遇界面的直径大于超声波波长（称大界面)时，产生反射与折射。成角入射，反射角等于入射角，反射声束与入射声束方向相反（图15-1-2A)。垂直入射时，产生垂直反射与透射（图15-1-2B)。反射声强取决于两介质的声阻差异及入射角的大小。垂直入射时，反射声强最大。反射声能愈强则折射或透射声能愈弱。进入第二介质的超声继续往前传播，遇不同声阻抗的介质时，再产生反射，依次类推，被检测的物体密度越不均匀，界面越多，则产生的反射也愈多。
图15-1-1 超声波的指向性
L0近场区，θ半扩散角，D声源直径
3.散射与绕射：超声在传播时，遇到与超声波波长近似或小于波长（小界面)的介质时，产生散射与绕射。散射为小介质向四周发散超声，又成为新的声源（图15-1-2、C)绕射是超声绕过障碍物的边缘，继续向前传播（图15-1-2、D)。散射回声强度与超声入射角无关。
图15-1-2 超声波的反射与散射
A.成角入射时反射与折射；B.垂直入射时反射与透射；C.散射；D.绕射
（三)超声衰减：超声在介质中传播时，随着传播距离的增加，声强逐渐减弱，这种现象称为超声的衰减。引起衰竭的主要原因是介质对超声的吸收（粘滞吸收及热传导吸收)。超声频率愈高，介质的吸收愈多；其次为能量的分散如反射、折射、散射等。使原传播方向上的能量逐渐减弱。
（四)多普勒效应：声源和接收体作相对运动时，接收体在单位时间内收到的振动次数（频率)，除声源发出者外，还由于接收体向前运动而多接收到（距离/波长个)振动，即收到的频率增加了。相反，声源和接收体作背离运动时，接收体收到的频率就减少，这种频率增加和减少的现象称为多普勒效应（图15-1-3)。
图15-1-3 多普勒效应
