4. 1.3. Sóng âm – Siêu âm
• Bản chất
Âm do các vật dao động phát ra và được lan truyền ra môi
trường dưới dạng sóng: Sóng âm
Bản chất sóng âm là sóng cơ học
VD:
- Kéo dây đàn ra khỏi vị trị cân bằng rồi thả ra thì ta thấy
nó dao động Âm thanh phát ra và lan truyền (sóng âm).
5. • Các thông số cơ bản
* Chu kỳ dao động (T):
* Biên độ dao động (h):
* Tần số dao động (f):
* Bước sóng (l):
* Tốc độ lan truyền của siêu âm (v):
* Cường độ của sóng siêu âm (I):
* Năng lượng của sóng siêu âm (I):
6. 2. Các tính ch t v ấ ật lý cơ bản của sóng âm
• Hiện tượng phản xạ
• Hiện tượng khúc xạ
• Hiện tượng tán xạ
• Hiện tượng nhiễu xạ
• Hiện tượng hấp thụ
• Hiệu ứng đople
7. 2.1. Hiện tượng phản xạ
+ Khi một nguồn siêu âm lan truyền qua hai môi trường có
âm trở khác nhau sẽ tạo nên hiện tượng phản xạ siêu âm,
tuân theo định luật quang hình học.
+ Hệ số phản xạ (R): Giữa hai môi trường khác nhau có hệ
số phản xạ siêu âm khác nhau. Hệ số phản xạ tuỳ thuộc vào
âm trở của hai môi trường:
R = (Z1 – Z2) / (Z1 + Z2)
Trong đó Z1 và Z2 là âm trở của môi trường 1 và 2.
Ví dụ: - Hiện tượng dội lại khi âm phát ra gặp vật cản (tường,
núi) trong tự nhiên.
- Giữa mô mềm và không khí, xương có Z lớnhầu hết
năng lượng của chùm siêu âm bị phản xạ lạidùng Gel.
8. 2.2. Hiện tượng khúc xạ.
- Là hiện tượng chùm siêu âm khi lan truyền trong một môi
trường có âm trở khác bị lệch hướng đột ngột ngay tại mặt
phân cách.
- Sự khúc xạ siêu âm làm lệch nguồn siêu âm và ảnh
hưởng đến chùm siêu âm phản xạ và kết quả chẩn đoán.
S M
M
I
Px
Kx
9. 2.3. Hiện tượng tán xạ.
Hiện tượng này xảy ra khi chùm tia siêu âm gặp các cấu
trúc nhỏ (có kích thước <<l) hoặc với bề mặt không đồng
đều, khi đó tia siêu âm bị tán xạ theo mọi hướng và chỉ có 1
phần nhỏ tới được đầu dò Hiện tượng này không phụ
thuộc vào góc tới của tia siêu âm, rất quan trọng trong đánh
giá các cấu trúc nhỏ (độ đồng đều của nhu mô gan, tuỵ...).
10. 2.4. Hiện tượng nhiễu xạ.
Là hiện tượng chùm siêu âm có thể vòng qua vật cản.
Hiện tượng này phụ thuộc vào khoảng cách đầu dò đến mặt
phẳng thăm dò, phụ thuộc vào bước sóng, đường kính của
nguồn phát và góc độ của chùm siêu âm phát ra.
Do các hiện tượng trên nên cường độ siêu âm càng đi xa
càng bị suy giảm.
12. 2.6. Hiệu ứng Doppler
Khi có chuyển động tương đối giữa nguồn phát âm và thiết
bị thu âm, tần số âm thanh thu được sẽ thay đổi. Đó là hiệu
ứng Dopple
Cụ thể:
+ Bước sóng l ngắn lại khi đầu thu và phát lại gần nhau
( tần số tăng) và dài ra trong trường hợp xa nhau ra (tần số
giảm).
Ví dụ: tiêng còi tàu lúc đến và đi khác nhau.
13. 3. 1. Nguyên lí nguồn phát siêu âm.
Nguyên lý chung để tạo ra sóng âm là làm cho một
vật rắn, một màng căng hay một dây căng dao động
đàn hồi.
Nhưng để tạo ra sóng siêu âm, dao động đàn hồi
phải có tần số trên 20 000Hz nhờ vào nguồn dao
động đặc biệt như dao động của tinh thể thạch anh,
tinh thể Niken...
Có hai cách phát siêu âm:
+ Dựa vào hiệu ứng áp điện.
+ Dựa vào hiện tượng từ giảo.
14. 3.2. Hiệu ứng áp điện
Một bản thạch anh được cắt song song với trục lục giác và vuông
góc với quang trục tạo thành một bản thạch anh áp điện. Người ta mạ
hai mặt của bản để tạo thành một tụ điện hoặc kẹp nó vào giữa hai bản
của một tụ điện phẳng
Khi nối hai bản điện cực với nguồn điện
một chiều bản thạch anh bị biến dạng cong
về một bên, khi đổi chiều dòng điện thì bản
thạch anh bị cong ngược lại. Khi ta thay
nguồn điện một chiều bằng nguồn xoay
chiều có tần số lớn thì bản thạch anh sẽ liên
tục bị biến dạng theo tần số của dòng điện
và phát ra siêu âm khi tần số trên 20 000Hz.
H¦ ¸p ®iÖn
15. 3.2. Hiện tượng từ giảo:
- Đặt một thanh sắt từ vào trong
lòng một cuộn dây đã nối với một nguồn
điện một chiều độ dài của thanh sắt từ
ngắn đi một ít : hiện tượng từ giảo
- Khi nối cuộn dây với nguồn điện xoay
chiều có tần số cao. Từ trường trong lòng
cuộn dây biến thiên liên tục thanh sắt từ
dao động với tần số cự lớn và sẽ phát ra siêu
âm ( với tần số > 20 000Hz).
Siêu âm phát ra có cường độ mạnh nhất khi
dao động của dòng điện phù hợp với dao động
riêng của thanh sắt từ. Nguồn phát siêu âm
loại này có thể lên đến 1000MHz.
16. Chủ đề 2: Cơ sở vật lý của kĩ thuật siêu âm
1. Nguyên lí chung:
Tương tác của sóng siêu âm với các tổ chức trong cơ thể, sự
tương tác này phụ thuộc vào:
+ Tốc độ truyền của sóng siêu âm trong môi trường.
+ Trở kháng âm của môi trường.
+ Sự hấp thụ của tổ chức.
+ Thông số (f,l) của sóng siêu âm
+ Cấu trúc hình học của tổ chức sống
20. 4. Phân loại sóng âm.
4.1. Phân loại theo phương dao động:
- Sóng ngang: là sóng mà phương dao động của các phần tử môi
trường vuông góc với tia sóng (môi trường có tính đàn hồi về
hình dạng có ở vật rắn).
- Sóng dọc: là sóng mà phương dao động của các phần tử môi
trường trùng với tia sóng (môi trường chịu biến dạng về thể
tíchtruyền qua được chất rắn, khí, lỏng).
Sóng siêu âm là sóng dọc
4.2. Phân loại theo tần số:
+ Hạ âm: f <16 Hz
+ Sóng âm có tần số nghe thấy: f = 16- 20KHz.
+ Siêu âm: f > 20 KHz.
Ứng dụng trong y học: 700 KHz- 50 MHz
(chẩn đoán: 2MHz-50MHZ)