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摘要]本文主要介绍了超声波的特点，超声波传感器的原理与应用等多个方面。文中阐述了超声波与可听声波的区别，超声波传感器在医疗，工业生产，液位测量，测距系统等多个领域中得到了广泛的应用。因超声波具有的独特的特性，使得超声波传感器越来越在生产生活中体现了其重要性，具有一定的研究价值。 [关键词]超声波 传感器 疾病诊断 测距系统 液位测量 一、超声波传感器概述 超声波 声波是物体机械振动状态的传播形式。超声波是指振动频率大于20000Hz以上的声波，其每秒的振动次数很高，超出了人耳听觉的上限，人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式:横向振荡(横波)及纵向振荡(纵波)。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律，与可听声波的规律并没有本质上的区别。与可听声波比较，超声波具有许多奇异特性:传播特性──超声波的衍射本领很差，它在均匀介质中能够定向直线传播，超声波的波长越短，这一特性就越显著。功率特性──当声音在空气中传播时，推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。在相同强度下，声波的频率越高，它所具有的功率就越大。由于超声波频率很高，所以超声波与一般声波相比，它的功率是非常大的。空化作用──当超声波在液体中传播时，由于液体微粒的剧烈振动，会在液体内部产生小空洞。这些小空洞迅速胀大和闭合，会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用，从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用，会使液体的温度骤然升高，从而使两种不相溶的液体(如水和油)发生乳化，并且加速溶质的溶解，加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。 超声波的特点:(1)超声波在传播时，方向性强，能量易于集中;(2)超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离;(3)超声波与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息(诊断或对传声媒质产生效应)。 超声波传感器 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。 超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。超声波传感器主要材料有压电晶体(电致伸缩)及镍铁铝合金(磁致伸缩)两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅(PZT)等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送，也能作接收。 超声波传感器由发送传感器(或称波发送器)、接收传感器(或称波接收器)、控制部分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径为15mm左右的陶瓷振子换能器组成，换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中幅射;而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成，换能器接收波产生机械振动，将其变换成电能量，作为传感器接收器的输出，从而对发送的超进行检测。控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。二、超声波传感器的应用 超声波距离传感器技术的应用 超声波传感器包括三个部分:超声换能器、处理单元和输出级。首先处理单元对超声换能器加以电压激励，其受激后以脉冲形式发出超声波，接着超声换能器转入接受状态，处理单元对接收到的超声波脉冲进行分析，判断收到的信号是不是所发出的超声波的回声。如果是，就测量超声波的行程时间，根据测量的时间换算为行程，除以2，即为反射超声波的物体距离。把超声波传感器安装在合适的位置，对准被测物变化方向发射超声波，就可测量物体表面与传感器的距离。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波;而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。 超声波传感器在医学上的应用 超声波在医学上的应用主要是诊断疾病，它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断的优点是:对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。 超声波传感器在测量液位的应用 超声波测量液位的基本原理是:由超声探头发出的超声脉冲信号，在气体中传播，遇到空气与液体的界面后被反射，接收到回波信号后计算其超声波往返的传播时间，即可换算出距离或液位高度。超声波测量方法有很多其它方法不可比拟的优点:(1)无任何机械传动部件，也不接触被测液体，属于非接触式测量，不怕电磁干扰，不怕酸碱等强腐蚀性液体等，因此性能稳定、可靠性高、寿命长;(2)其响应时间短可以方便的实现无滞后的实时测量。 超声波传感器在测距系统中的应用 超声测距大致有以下方法:①取输出脉冲的平均值电压，该电压 (其幅值基本固定)与距离成正比，测量电压即可测得距离;②测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔 t，故被测距离为 S=1/2vt。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。超声波测距适用于高精度的中长距离测量。 三、小结 文章主要从超声波与可听声波相比所具有的特性出发，讨论了超声波传感器的原理与特点，并由此总结了超声波传感器在生产生活各个方面的广泛应用。但是，超声波传感器也存在自身的不足，比如反射问题，噪声问题的等等。因此对超声波传感器的更深一步的研究与学习，仍具有很大的价值。 参考文献: [1]单片机原理及其接口技术清华大学出版社 [2]栗桂凤，周东辉，王光昕基于超声波传感器的机器人环境探测系统2005，(04) [3]童敏明，唐守锋检测与转换技术中国矿业大学出版社 [4]王松，郑正奇，邹晨祎超声定位车辆路径监测系统的设计2006，(10) [5]俞志根，李天真，童炳金自动检测技术实训教程清华大学出版社 转贴于 中国论文下载中心 
医学影像技术在近十多年来取得了突飞猛进的发展。新技术、新设备不断涌现。320排螺旋CT、超高场强磁共振、分子影像、功能影像、多模态融合成像等技术大大丰富了医生的诊断手段，提高了疾病的诊断效果，但是同时也带来了一定的问题：1）高端影像设备价格昂贵，动辄数百万到数千万元，很多医院简单地将设备档次作为体现医疗水平的标准，竞相引进高端设备，导致医疗成本居高不下；2）医学影像设备一次扫描能产生数百至数千幅图像，病人带走的胶片只包含其中极少一部分图像，且无法进行参数调节和三维、动态显示，诊断价值大打折扣。下面我们就和大家通过一篇医学影像毕业论文来探讨一下这方面的知识。 摘要：骨再生是由一组连续的骨诱导和骨传导的生物过程所组成，临床通过检测骨密度和血管化两个指标对骨再生进行评价，目前发展最为迅速且有效的检测手段是医学影像技术。对于骨密度测定现应用得最多的是显微CT技术，定量超声技术虽具有无放射性损伤、经济负担小等显着优势，但有待进一步推广使用。血管化检测以磁共振成像和超声造影技术最为可靠。因为普通X线检查、CT扫描及磁共振检查只能提供形态和解剖上的变化，而超声造影可动态成像能更直观地反映血管化程度。未来，需进一步改进医学影像技术，以便更精准、安全、快速地评估骨再生过程。 关键词：骨再生；医学影像技术；骨密度；血管化医学影像毕业论文参考范例 配图 骨再生一般发生于创伤、炎症、肿瘤等原因导致的骨缺损或骨折愈合过程。目前，解决骨缺损的有效途径是将骨移植材料作为信号因子和细胞的载体或模板来诱导成骨，或从周围骨组织募集细胞使其趋化生长分化，最终形成成骨。因此，准确评估移植骨材料对骨再生是否有效显得尤为重要，而医学影像技术是目前最常用的评估手段。X线自发现开始，其首先应用于医学领域，并第一次无创的为人类提供了人体内部器官组织的解剖形态图像。由于计算机的融入、医学影像设备的不断更新，医学影像技术飞速发展，随后出现了CT扫描、定量超声技术、磁共振成像等。骨量是指单位体积内，骨组织内的骨矿物质和骨基质含量。而骨密度是指单位体积内骨矿质的含量，其能够比较客观地反映骨量，对骨再生过程的评估具有重要意义。检测骨量和骨密度可以预估骨折的发生及判断骨愈合状况。骨是高度血管化的组织，它与血管和骨细胞之间密切联系，共同维系骨骼的完整性。因此，血管生成在骨骼发育和骨折修复中发挥着举足轻重的作
超声诊断基础着眼于详尽的观察与分析。捕捉各种特征，综合分析病因，研究各种生理情况下的改变，以及结合其他形式进行诊断。(一)超声图像观察1 脏器外形及大小、柔度或可动度 各种脏器均有其自然的解剖形态及大小尺寸。观察脏器的轮廓有无形态失常，肿块的形状、位置、大小、数目、范围等，腹腔脏器的活动度等。2 病灶边缘回声 发现病灶后，观察病灶的边缘回声，有无包膜，是否光滑，壁的厚薄，以及周边是否有晕圈等。3 后壁及后方回声 由于人体各种正常组织和病变组织对声能吸收衰减不同，故表现后方不同的回声。如含液性的囊肿或脓肿，则出现后壁回声“增强”；而钙化、结石、气体等，则其后方形成“声影”。某些酷似液性病灶的均匀实质性病灶，后方则无回声增强效应。4 内部结构特征 可分为结构如常，正常结构消失，界面的增多或减少、界面散射点的大小与均匀度的不同以及其他各种不同类型的异常回声等。5 周邻关系 根据局部解剖关系判断病变与周邻脏器的连续性，有无压迫、粘连或浸润。6 功能性检测 如应用脂餐试验观察胆囊的收缩功能。空腹饮水后，测定胃的排空功能及收缩蠕动状态等。(二)常见的病理性图像特点1囊性与实质性病变超声对液体与实质组织有着显著的图像差别，因而很好鉴别。2 均质性与非均质性病变均质性病变呈均匀一致的低回声、等回声或强回声，非均质性病变则呈复杂的回声结构。3 钙化性与含气性病变钙化性病变图像稳定，声影清晰，含气性病变图像不稳定，声影混浑。4 炎性与纤维化病变急性炎症早期以水肿为主，局部回声减低，脏器肿胀，经线值增大；慢性炎症纤维组织增加，回声增粗增多。纤维化病变多呈强回声，按其病变程度不同而表现不同。如血吸虫肝纤维化呈典型的“地图”样改变。5 良性与恶性病变一般而言，良性病变质地均匀、界面单一故回声均匀、规则。恶性病变因生长快，伴出血，变性，瘤内组织界面复杂不均匀，表现为不规则的回声结构。如(1)肿瘤边缘：①有：良性或恶性未向外伸展；②假边缘：光晕圈，水牛眼；③规则：良性、恶性均可；④分界截然：良性为多；⑤不规则，伪足伸展：恶性为多。(2)内部回声：①均匀：良性较大；②不均：恶性较大。(3)内部其他结构：①正常：多为良性；②异常：多为恶性。(4)后方回声：①正常或增强：多为良性；②正常或减弱：多为恶性。(5)侵入或转移：阻塞或侵入管道、邻近组织及/或脏器扩散或转移者考虑为恶性。 超声多普勒是近年来迅速发展的一种检测技术，随着电子学的进步，此法在临床上得到日益广泛的应用，对心脏疾病、周围血管疾患实质器官的血流灌注、小器官血流供应、占位性病变血供情况及胎儿血液循环的检查上具有重大的价值。(一)鉴别液性暗区的性质在切面超声显像图上常见有各种形式的液性暗区，可分别代表脓腔、积液、胆汁、尿液、羊水或血液等，一般情况下根据解剖部位、周围轮廓、径线长短及连续关系等，其性质易于区分，但有时因断面复杂，暗区较多，在鉴别时很困难。进行多普勒检查时因动脉、静脉及静止的液腔有明显的不同，对鉴别性质有很大帮助。如肝内胆管高度扩张时，某一断面很难区分门静脉与扩张的胆管，彩色血流显像加上去，门静脉有彩色血流显示并有典型门静脉频谱，而胆管无血流显示。再如诊断下肢深静脉血栓时，首先要用彩色多普勒鉴别并行的两条血管哪一条为动脉，哪一条为静脉，然后再行进一步追踪检查。(二)鉴别器官及病变组织的血供彩色多普勒血流显像及能量图可以清晰显示脏器的正常血供，当有病变或新生占位性病灶出现时，通过血流显示可以做出具有重要意义的鉴别诊断。甲亢病人甲状腺血供异常丰富，呈典型特征的“火海”征；肝脏肿瘤如原发性肝癌则可探及肿瘤内部及周边血供丰富，并见动脉频谱；如血管瘤则血流很少，无动脉频谱。(三)探测血流速度人体任何一条血管及心瓣膜口的血流速度都有一定的正常范围，如二尖瓣口舒张期峰值速度60cm/s～130cm/s，门静脉右支主干的峰值速度在18cm/s左右。血流速度参数有峰值速度、加速度、减速度、平均速度、速度积分等，通过以上参数可对血流动力学异常做出判断。(四)估计压力差利用数学公式-简化的伯努利方程：P1-P2=4V2(P1、P2分别代表所测瓣口前后的压力，V为通过瓣口时的血流速度)，可以测出瓣口前后的压力差，间接反映血流是否通畅，有无狭窄，并可通过测三尖瓣返流速度推算肺动脉压力。(五)测量血流量血流通过某一管腔时，其血流量(Q)与血流速度(V)快慢、管腔面积(A)大小及血流时间(T)长短有密切关系，Q=V·A·T。根据以上公式，大部分彩色多普勒血流显像仪在描记血流频谱轮廓并标志管腔两侧壁的位置后，均能自动计算血流量，对临床帮助很大。
