超声波的定义及应用原理

我们的耳朵只能分辨频率为20至2万赫的声音，频率比人的听频范围高的空皮声波就叫做超声波。不同的动物可听到的声波频率范围不尽相同。狗可以听到一些超声波，所以训练员可以用超声波哨子呼唤他的爱犬。超声波对於蝙蝠更为重要，这种动物是靠超声波来“看”世界的!
蝙蝠先会发出一连串超声的尖叫声，声波遇到障碍物便会反射，就像我们向山谷拍手会听到回声一样。由于超声波的频率高，相对较少出现绕射现象，所以回声十分清晰。蝙蝠分析回声的方向和回传时间，便可以知道环境的精确图像。人们根据蝙蝠“看”事物的原理，发明了声纳探测器，用来测量水深。船只上的发射器先向海底发射超声波，再由另一些仪器接收和分析反射回来的讯息，从而得到整个海床的面貌。
医生所用的超声波扫描术可说是超声波最重要的应用。超声波扫描不涉及有害的辐射，远比 X-射线等检验工具安全，所以常用于产前检查 。医生会将一个发出高频超声波 (频率为1-5 兆赫) 的手提换能器，斗基差贴着母亲的肚皮进行扫描。声波到达各种身体组织的边界时会有不同程的反射 (例如液体及软组织的边界、软组织及骨的边界)。接收器收到反射波，便可计算出反射的强度及反射面的距离，以分辨不同的身体组织，并得到胎儿的影像。接收器使用了压电的原理，把超声波所产生的压力转变成电子讯号，再输送到仪器分析。超声波扫描可以帮助医生测量胎儿的大小以确定产期，检查胎儿的性别、生长速度、头的位置是否正常向下、胎盘的位置是否正常、羊水是否足够，与及监察抽羊水的过程，以保障胎儿的安全等。此外，超声波扫描术也用于妇科检查，它可以帮助医生有效地把生长在乳房或卵巢中的恶性组织分辨出来。
超声波扫描术的两个重要分支——多普勒超声波扫描术和立体超声波成像技术，更扩大了超声波在医学上的用途。
多普勒超声波扫描术已应用了颇长的时间，这技术利用了波动的多普勒效应。反射超声波物体的运动，会改变回声的频率，当物体正向着接收器移动时，频率便会升高，相反当物体正在远去时，频率便会降低。从回声的频率改变锋宽，仪器便可计算到物体的运动速度。多普勒超声波扫描术主要用於检查血液在心脏及主要动脉中的流动速度。血液的流动情况会以一个颜色的影像显示出来，不同的颜色代表不同的流速。这有助医生及早发现胎儿先天性心脏毛病。
立体超声波成像技术是很新的技术。检查员首先从多个不同角度拍摄胎儿的二维超声波影像，然后利用电脑技术合成胎儿的立体影像。利用这技术可清晰地显示胎儿的样貌 ，甚至摄录到胎儿细致如踢脚或转身等动态，实在为准父母带来不少惊喜。外表的缺憾如兔唇、多指甚至细如斑痣等都可以清楚地显示出来。立体成像技术将会成为未来超声波技术研究的重点。
此外，高频的超声波带有强大的振动能。将超声波入射载满水的容器，再放入需要的清洗的物件，水的振动便可去除物件上的尘垢，而不需直接接触物件的表面。眼镜公司替我们洗眼镜时就是用这种方法。如果将高能超声波聚焦，能量甚至足以震碎石块，所以可以用来击碎体内结石，使患者免受手术之苦。