环保机械设备设计基础教材

大气：

颗粒污染物：重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器、袋式除尘器、颗粒层除尘器、湿式除尘器、电除尘器（重点）气态污染物：吸收、吸附、冷凝、气固催化反应器集气罩、气体输送管网的设计、运行管理水：

物理法及物理化学法相关设备：格栅、沉淀池、气浮设备、快滤池

生物法处理设备：活性污泥法处理系统设备、生物滤池、生物转盘、生物接触氧化处理装置（重点）噪声隔振装置、阻性消声器、抗性消声器固体废物：

压实设备、破碎设备、分选设备、脱水设备、焚烧设备、热分解设备、堆肥化设备环保设备设计与应用的技术经济分析教材：金兆丰.《环保设备设计基础》.化学工业出版社胡洪营.《环境工程原理》.化学工业出版社郝吉明.《大气污染控制工程》.高等教育出版社高廷耀.《水污染控制工程》.高等教育出版社刘颖辉.《噪声污染控制技术》.科学出版社宁平.《固体废物处理与处置》.高等教育出版社规范：

注册环保工程师专业考试复习教材（第三版第三册）.中国环境科学出版社环境保护•气•水•声•渣隔振：橡胶隔振器、钢弹隔振器、螺旋压缩弹簧。。。隔声:消声:阻性消声器、抗性消声器减量化：压实、破碎、脱水无害化资源化：分选、堆肥、热分解、焚烧除尘：颗粒态污染物重力除尘器、惯性除尘器旋风除尘器颗粒层除尘器袋式除尘器湿式除尘器电除尘器气态污染控制：吸收、吸附、冷凝、气固催化物理法:格栅、筛滤、离心、澄清、过滤、隔油生物法：活性污泥法、生物膜法化学法：中和、沉淀、氧化还原、催化氧化、电解、焚烧。物理化学法：混凝、浮选、吸附、萃取、汽提。。。生态修复。。。污染防治节能减排。。。1、掌握环境工程原理、环境工艺设计等基础知识

2、熟悉环境工程中水、气、声、渣的各项治理方法、原理、设计要求3、了解材料设备的相关知识4、了解国家出台的政策、标准、设计手册和规范5、了解国内外相关的技术、设备发展状况·美国(EBI)中国

九十年代初期前的高速增长是发达国家污染治理投资带动的增长环保产业的发展需要经济发展的支持；发达国家有强大的环保产业；拉美、东亚(包括中国)正在成为新的市场产业产值分布•1•2•31、环保产业

2、环保工业

3、环保设备环保产业主要是指以防治污染、改善生态、保护资源为目的所进行的技术开发、产品生产、商品流通、资源利用、信息服务、工程承包等各项事业的总称。当前的环保产业主要包括：环保设备制造业、环境工程和软件服务业以及自然生态保护业

环境工程设备是以控制环境污染为主要目的的设备，也称环境保护设备或环保设备。

由于目前我国的环保产业尚未健全，环保产业基本上等同于环保机械设备开发产业。1、按照环保设备的功能分类2、按设备的构成分类3、按设备的性质分类类别：按照环保设备的功能分类水污染治理设备

空气污染治理设备固体废弃物处理处置设备噪声与振动控制设备放射性与电磁污染防护设备工作性质单体设备容器类设备通用设备使用范围专用设备管道、阀门、压力表、流量计等按环保设备性质分类

机械类设备环•保成套设备按环保设备构成分类机械类环境工程设备由运动机械构件构成的设备。通用设备（标准设备/定型设备）按照国家、行业、部门标准生产的，可由不同厂家生产，若干生产行业可以通用。专用设备（非标准设备）主要在环境保护行业使用的、经特殊设计、制造的设备。容器类环境工程设备没有运动构件的静止设备，主要指设备的外部壳体。按其承压形式可分为：常压设备-仅仅承受容器内介质的静止压力，主要用来储存物料或充作常压反应器的壳体。(<0.1MPa)中低压设备-需承受较高的介质工作压力，主要是带封头的圆筒形、球形构件。（0.1~10MPa)高压设备(10~100MPa)需根据具体处理工艺的要求，专门进行设计和制造

1、产品体系庞大——拥有几千个品种、几万种规格，多数产品彼此之间结构差异大，专用性强，标准化难度大，难于形成批量产品。

2、设备与工艺之间的配套性强——必须结合现场数据进行专门的工艺设计，采用形影最经济的工艺方法和合理选择设备，否则难以达到预期的治理目的。

3、设备工作条件差异大——由于各种污染源的具体情况不同，环保设备在污染源中的工作条件有较大的差异。

4、设备具有兼用行——环保设备与其他行业的部分机械设备结构相似，存在着相互兼用性，即环保设备可以应用于其他行业，其他行业的有关机械设备也可以应用于治理环境污染。1993年以来我国环保产业的发展情况单位：亿元项

目1993年1997年2000年2004年2008年（估值）行业单位数（个）86519090181443000035000年收入总额311.5459.21689.94572.17900环保产品103.9182.1236.9341.9700环境服务11.157.8108.0264.1600资源循环利用169.3181.4757.12787.44700洁净产品＜1021.6281.11178.71900自然生态保护27.116.3285.4——注：1993～2004年数值来源于各年度的调查统计数据；2008年为估算值。序号分类优势劣势1电除尘电除尘技术、设备处于国际先进水平，完全满足国内需求，免检出口，价格有优势。供电电源关键芯片尚需进口。2袋式除尘袋式除尘技术、设备处于国际先进水平，可以满足国内需求，免检出口，价格有优势。部分滤料、脉冲阀需进口。3脱硫中小锅炉烟气脱硫满足国内需求，电厂脱硫已有自主知识产权技术。电厂脱硫主要技术、设备需进口。4废气净化一般的废气净化技术设备满足国内需求。高端技术设备需进口，企业规模小，加工精度差。5机动车尾气净化可满足部分在用车尾气净化需求，摩托车大部分采用本国技术产品。新车基本采用国外技术产品，企业规模、技术水平不能满足机动车发展速度。6城市污水处理与再生利用自行设计、建设城市污水处理设施，技术与设备达到国际水平，能满足国内需求，价格有优势。部分关键设备、材料的质量与国际水平有差距，有的仍需进口，节能技术开发有待加强。7工业废水处理与循环利用工业废水处理技术基本与国际水平相当，基本能满足需求，价格有优势。部分含难降解难处理污染物的工业废水处理技术尚待开发，部分机械设备质量与国际水平有差距，部分高端技术设备、材料需进口。8噪声振动控制噪声振动控制技术水平处于国际先进水平，微穿孔板吸声材料吸声结构、微穿孔板消声器、小孔喷注高压排气消声器处领先水平，价格有优势。噪声与振动源分析预测技术、噪声与振动设备计算机辅助设计制造技术、高速运输系统噪声与振动控制设备研究、新材料研究开发与发达国家有差距，企业规模小，加工精度较差。9固体废物处理工业固废资源回收利用满足国内需求，垃圾卫生填埋、渗滤液处理均可满足要求。焚烧、堆肥技术设备尚不过关，关键零部件需进口。10监测仪器一般计量、监测仪器满足国内需求。关键零部件需进口，高端产品需进口。11环境服务业在城镇污水、垃圾处理以及工业污染治理设施市场化运营进行了有探索。市场化政策不完善，市场化程度低，市场化领域比较窄，发展不平衡。

1、生物法与物化法结合，生物法中厌氧工艺与好氧工艺相结合，是处理工业废水的发展趋势。

2、废水深度处理技术亦可称为水处理技术比较活跃的领域。

3、城市污水处理设备向处理能力5×104m3-50×104m3/d的大型设备发展。燃煤烟气净化技术在实验室研究和实际应用中，适合中小型锅

炉的网膜塔除尘脱硫系统、双击式除尘脱硫工艺、旋转喷雾半干法烟气脱硫小型试验装置等都取得

初步成效。烟气脱氮进展整体分级低NOX燃烧技术2000年1月通过鉴定目前在新建300MW及以上锅炉上已装有低氮燃烧器。城市垃圾处理技术城市垃圾处理技术市场仍以填埋处置占主导地位，约占90%，混合垃圾堆肥由于二次污染和生产的肥料市场不通畅，呈下降趋势，垃圾焚烧技术市场继续扩大。

除交通噪声与震动控制工程建设市场继续增长外，室内建筑声环境设计，特别是高层住宅建筑配套设备噪声与震动污染控制称为市场发展的新热点。

工业噪声污染治理仍然是噪声控制的主导市场。成套设备中的单体设备原则：按照处理工艺的要求，逐一对它们进行选型或设计，然后再组成具有某种处理功能的成套设备。通用设备的选用原则差异性：价格、性能、使用寿命、安全维修方面。原因：制作材料、产地、生产厂家不同。原则：合理性（满足处理工艺的要求）先进性（设备各方面的性能达到先进水平）安全性（安全可靠，无事故隐患）经济性（具有合理的性价比）专用设备的设计原则A.根据处理工艺流程确定处理设备的类型；

B.确定制造设备的材料；C.汇集设计条件和参数；D.选定设备的基本结构形式；

E.计算确定设备的基本尺寸；

F.选择标准图纸和设备的标准化

G.汇总列出设备一览表；H.向有关专业人员提出设备设计的技术要求和进度要求；

I.设计完成后应核对工艺要求，如有差错及时修改。大气污染物的种类■按污染物存在的形态可分为两大的类：气溶胶状态（颗粒态）的污染物气体状态的污染物我国环境空气质量标准中，按颗粒大小分为：总悬浮颗粒物（TSP，Total

Suspended

Particles）：指悬 浮在空气中的空气动力学直径≤100μm的颗粒物。可吸入颗粒物（PM10，Inhalable

Particles

）：指悬浮在 空气中的空气动力学直径≤10μm的颗粒物。

主要气态污染物：含硫化合物（以SO2为主）、含氮化合物（以

NO和NO2为主）、碳氧化合物（CO和CO2）、有机化合物及卤素化合物等。—

粉尘的粒径·

粉尘的粒径单一粒径·(1)投影粒径：用光学显微镜或电子显微镜测得的粒径；····包括

定向粒径dF：粉尘在某一确定方向上的最大投影距离；定向面积等分粒径dM：在某一确定方向上将粉尘投影面积二等分的线段长度；投影圆等值粒径dH：与粉尘投影面积相等的圆的直径；（2）几何当量直径球等体积粒径dv；等表面积径；体面积径；周长径等等。·3637·

(2)物理当量径：与被测粉尘的某一物理量相同的球形粉尘的直径；····

包括

Stokes粒径ds：指与被测尘粒密度相同、沉降速度相同的球形粒子直径；空气动力径da：指与被测尘粒在空气中的沉降速度相同、密度为1000kg/m3的球形粒子的直径；·Stokes粒径和空气动力径是除尘技术中应用最多的两种粒径，·

原因在于它们都与尘粒在流体中运动的动力特性有关。38·它是一种表示除尘器性能的很有代表性的粒径。筛分粒径：即尘粒能够通过的最小筛孔的宽度；众径：粒径分布中频度最大时对应的粒径；中位径：粒径分布的累积频率（质量）等于50%时对应的粒径平均粒径·

算术平均粒径：所有单一颗粒粒径的算术平均值；·M1=Σ(dini)/Σni·

几何平均粒径·M2=Σ(nilndi)/Σni平均平方根粒径、平均立方根粒径其他特殊表示的粒径：分割粒径dc50：指某除尘器的分级效率为50%的尘粒粒径；二粒径分布·

粉尘的粒径分布频率分布·定义：指粒径由dp至dp+Δdp之间的尘样占尘样总质量的百分数。显然有：频率密度分布·定义：单位粒径间隔宽度时的频率分布，即粒径间隔宽度Δdp=1μm时尘样质量占尘样总质量的百分数。·3940·····

粉尘的密度真密度定义：将粉尘间及其内部的空气排出后，粉尘自身单位体积的质量，以ρP表示；堆积密度定义：自然堆积状态下单位体积粉尘的质量，以ρb表示；两者之间的关系：ρb=（1-ε）ρP三 粉尘的物理性质··

粉尘的比表面积比表面积定义：单位体积（或质量）的粉尘所具有的表面积；··以堆积体积表示的比表面积αb可表示为：αb=S(1-ε)/V=(1-ε)·α（cm2/cm3）···

大部分烟尘的质量比表面积在1000~10000cm2/g的范围内变化。41·

粉尘的润湿性····润湿性定义：粉尘与液体（通常为水）相互附着的难易程度的性质；润湿性分类亲水性粉尘：容易被水润湿的粉尘；如锅炉飞灰、石英粉尘等疏水性粉尘：难以被水润湿的粉尘；如石墨、炭黑等粉尘的润湿性还随温度的升高而减小，随压力升高而增大，随·

液体表面张力的减小而增强。·水硬性粉尘有些粉尘（如水泥、石灰等）与水接触后，会发生粘结变硬而·

形成硬垢，这种粉尘称为水硬性粉尘。水硬性粉尘的弊端··

水硬性粉尘易使湿式除尘装置和排水管道结垢而堵塞，所以不宜采用湿法除尘。·

粉尘的安息角与滑动角安息角·粉尘自漏斗连续落到水平面上，堆积成圆锥体，圆锥体的母线与水平面的夹角称为粉尘的安息角，或堆积角、静安置角；一般粉尘的安息角为35°～50°；·滑动角·自然堆放在光滑平板上的粉尘，随光滑平板以其一端为轴转·

动，平板上粉尘开始发生滑动时平板相对于水平面的倾斜角；·有时也称之为动安置角；一般粉尘的滑动角为30°～40°。·4243·

粉尘的粘附性粘附性··粉尘附着在固体表面上或粉尘彼此相互附着难易程度的性质；·

粉尘的磨损性磨损性·是指粉尘在流动过程中对器壁和管壁的磨损程度的性质；·磨损量与含尘气流速度的2～3次方成正比。·

粉尘的荷电性和导电性荷电性·是指粉尘荷电能力的性质；荷质比β：单位质量粉尘所带有的电荷量，单位为：C/g或C/kg。·导电性·粉尘的导电性通常用粉尘层的比电阻表示。·比电阻：截面积为1cm2、厚度为1cm的粉尘层所具有的电阻值，单位为Ω·cm。44·

粉尘的荷电性和导电性··表面导电在较低温度时（约低于100度），粉尘的导电主要靠粉尘表面吸附的水分和化学膜进行，称之为表面导电。容积导电在较高温度时（约高于200度），粉尘的导电主要靠粉尘内部的电子或离子进行，称之为容积导电。····表面比电阻在表面导电占优势的低温范围内，粉尘比电阻称为表面比电阻；其值随温度升高而增大，随含水率增大而减小；容积比电阻在容积导电占优势的高温范围内，粉尘比电阻称为容积比电阻；其值随温度升高而减小；在两种导电机制皆重要的中间温度范围内，粉尘比电阻是表面比电阻和容积比电阻的合成，其值最高。·4546·

工业粉尘的比电阻值变化范围很广，··低者（碳黑）约为103

Ω·cm；高者（105°石灰石粉）可达1014

Ω·cm；·

注意：粉尘的比电阻对电除尘器的工作有很大影响，过低或过高都会使除尘效率显著下降，最适宜的范围为：104

Ω·cm～1010

Ω·cm···当粉尘的比电阻不利于电除尘器捕集粉尘时，需要采取措施来调节粉尘的比电阻，使其处于适合于电除尘器捕集的范围。47·

粉尘的自燃性·自燃的定义可燃粉尘在没有外部火源的作用时，仅因受热或自身发热并蓄热·

所产生的自然燃烧的性质；自燃的分类·① 由空气作用自燃；② 由水作用自燃；③ 相互混合时自燃；····

粉尘的爆炸性爆炸的实质爆炸的实质是可燃物的剧烈的氧化反应，爆炸的过程会在空间·

造成很高的温度和压力，称为化学爆炸。发生爆炸的条件·① 由可燃粉尘与空气构成的可燃混合物，其粉尘浓度达到爆炸浓度；② 存在能量足够的火源；··48·

粉尘的爆炸性····爆炸下限浓度能够引起含尘气体爆炸的最低粉尘浓度；爆炸上限浓度能够引起含尘气体爆炸的最高粉尘浓度；对同一种类的可燃粉尘而言，粉尘的粒径越小，比表面积越大，粉尘和空气的湿度越小，爆炸的危险性越大。防爆的有效措施及时清理沉积的粉尘··

粉尘的形状球形度定义：与粉尘体积相等的球的表面积与实际颗粒表面积之比；通常用Ф表示；····Ф越接近于1，说明粉尘形状越接近于球体；·密度相同的粉尘，其形状越接近于球形，沉降时所受到的阻力·

越小，沉降的速度越快；局部气体净化系统全面通风系统：局部进风系统局部排风系统局部气体净化系统就是将污染物在发生源处用捕集装置收集起来，经过净化设备处理后再排放到大气中去。空气污染一般来自一些工业生产过程中产生的各种有害气体、蒸汽和粉尘。为了提高空气质量，一般采取合理安装通风装置净化系统的办法。设备内部呈现负压：设备内的气压＜外部的大气压■控制距离■控制速度第3讲医学超声成像技南方医科术大学汇报人姓名主要内容超声成像基本原理——超声回波法医学超声设备的分类超声诊断仪的主要参数7/18/2023医学超声仪器原理讲义78Part

.01超声成像基本原理——超声回波法超声回波法把几兆赫至几十兆赫的高频声脉冲发射到生物体内，再接收反射波（回波），这种方法称为超声脉冲回波法。脉冲宽度：几微秒脉冲间隔：几百微秒（接收放大器处理回波的时间）脉冲回波法最早较早是应用于雷达和声纳。回波时间t、探测距离L的关系，c为声速7/18/2023医学超声仪器原理讲义807/18/2023医学超声仪器原理讲义817/18/2023医学超声仪器原理讲义82超声回医学波超声仪器法原理讲示义

意图7/18/202383仪器基本框图发射通道：时钟电路（同步脉冲发生器）、发射器（高频脉冲发生器）、换能器（探头）接收通道：接收换能器、射频放大器（RFA）、7/1检8/2023

波及抑制电路、视频医学超声放仪器原大理讲义器（UFA）84Part

.022医学超声设备的分类A型超声A型超声诊断仪因其回声显示采用幅度调制

(Amplitude

Modulation)而得名。A型显示是超声诊断仪最基本的一种显示方式，即在阴极射线管(CRT)荧光屏上，以横坐标代表被探测物体的深度，纵坐标代表回波脉冲的幅度，故由探头(换能器)定点发射获得回波所在的位置可测得人体脏器的厚度、病灶在人体组织中的深度以及病灶的大小。根据回波的其他一些特征，如波幅和波密度等，7/1还8/2023

可在一定程度上对病医学超声灶仪器原进理讲义行定性分析。867/18/2023医学超声仪器原理讲义87由于A型显示的回波图，只能反映局部组织的回波信息，不能获得在临床诊断上需要

的解剖图形，且诊断的准确性与操作医师

的识图经验关系很大，因此其应用价值已

渐见低落，即使在国内，A型超声诊断仪也很少生产和使用了。7/18/2023医学超声仪器原理讲义88M型超声7/18/2023医学超声仪器原理讲义89M型超声成像诊断仪适用于对运动脏器，如心脏的探查。由于其显示的影像是由运动回波信号对显示器扫描线实行辉度调制，并按时间顺序展开而获得一维空间多点运动时序（motion-time）图，故称之为M型超声成像诊断仪，其所得的图像也叫做超声心动图。7/18/2023医学超声仪器原理讲义907/18/2023医学超声仪器原理讲义91M型超声诊断仪发射和接收工作原理与A型有些相似，不同的是其显示方式。对于运动脏器，由于各界面反射回波的位置及信号大小是随时间而变化的，如果仍用幅度调制的A型显示方式进行显示，所显示波形会随时间而改变，得不到稳定的波形图。因此，M型超声诊断仪采用辉度调制的方法，使深度方向所有界面反射回波用亮点形式在显示器垂直扫描线上显示出来，随着脏器的运动，垂直扫描线上的各点将发生位置上的变动，定时地采样这些回波并使之按时间先后逐行在屏上显示出来。图中可以看出，由于脏器的运动变化，活动曲线的间隔亦随之发生变化，如果脏器中某一界面是927/1静8/2023

止的，活动曲线将变医学超声为仪器原水理讲义平直线。7/18/2023医学超声仪器原理讲义93M型超声诊断仪对人体中的运动脏器，如心脏、胎儿胎心、动脉血管等功能的检查具有优势，并可进行多种心功能参数的测量，如心脏瓣膜的运动速度、加速度等。但M型显示仍不能获得解剖图像，它不适用于对静态脏器的诊查。7/18/2023医学超声仪器原理讲义94B型超声7/18/2023医学超声仪器原理讲义95为了获得人体组织和脏器解剖影像，继A型超声诊断仪应用于临床之后，B型、P型、BP型、C型和F型超声成像仪又先后问世，由于它们的一个共同特点是实现了对人体组织和脏器的断层显示，通常将这类仪器称为超声断层扫描诊断仪。虽然B型超声成像诊断仪因其成像方式采用辉度调制(Brightness

Modulation)而得名，其影像所显

示的却是人体组织或脏器的二维超声断层图(或称

剖面图)，对于运动脏器，还可实现实时动态显示。7/18/2023医学超声仪器原理讲义967/18/2023医学超声仪器原理讲义97C型超声C型扫查，又称C型显示，“特定深度扫查”

(constant

depth

mode)。与B型扫查一样都是辉度调制的二维切面象显示方式，所不同的是B型扫查所获得的是超声波束扫查平面本身的切面象，即纵向切面象。可惜由于C型扫查的灵敏度较低，显象速度不易提高，使C型扫查技术的发展受到7/1限8/2023

制。医学超声仪器原理讲义

987/18/2023医学超声仪器原理讲义997/18/2023医学超声仪器原理讲义100D型超声D型超声成像诊断仪也即超声多普勒诊断仪，它是利用声学多普勒原理，对运动中的脏器和血液所反射回波的多普勒频移信号进行检测并处理，转换成声音、波形、色彩和辉度等信号，从而显示出人体内部器官的运动状态。超声多普勒诊断仪主要分为3种类型：即连续式超声多普勒(continuous

wave

doppler)成像诊断仪脉冲式超声多普勒(pulsed

wave

doppler)成像诊断仪实时二维彩色超声多普勒血流成像(color

doppler1017/18/2023

flow

image)诊断仪。医学超声仪器原理讲义F型超声102F型扫查，又称F型显示。它与C型扫进原理上是相似的。区别仅在于：在扫查一幅图像的过程中，

C型扫查平面距探头的深度是不变的，而F型扫查面距探头的深度是一变量，不是一个常量。根据成像需要可作相应变动，从而可获得7/1斜8/2023

面、曲面的F型医图学超声仪像器原理讲义7/18/2023医学超声仪器原理讲义103P型超声7/18/2023医学超声仪器原理讲义104又称P型显示，它可视为一种持殊的B型显示，超声换能器置于圆周的中心，径向旋转扫查线与显示器上的径向扫描线作同步的旋转。主要适用于对肛门、直肠内肿瘤、食道癌及子宫颈癌的检查，亦可用于对尿道、膀胱的检查。P型超声诊断仪所使用的探头称为径向扫描探头，如尿道探头，直肠探头都属于径向扫描探头。扫

描时探头置于体腔内，如食道、胃或直肠等。7/18/2023医学超声仪器原理讲义1057/18/2023医学超声仪器原理讲义106Part

.013超声诊断仪的主要参数主要参数7/18/2023医学超声仪器原理讲义108表征超声诊断仪性能的参数，从大的方面可分为三类，这就是：声系统参数

图像特性参数

电气特性参数在众多的参数中，我们只讨论其中几个主

要参数。声系统参数：声输出的强度、总功率等；

超声场的时频特性，如波型、持续时间、脉冲重复频率、脉冲形状、频率、脉冲带宽等；

声场分布特性，如换能器类型、波束形状、聚焦特性、景深等。7/18/2023医学超声仪器原理讲义109图像特性参数：分辨力；位置记录精度；深度测量精度；帧频；存贮器的容量；图像处理能力。7/18/2023医学超声仪器原理讲义110电气特性参数：灵敏度；增益及TGC指标；压缩特性及动态范围；显示器的动态范围；系统的带宽等。7/18/2023医学超声仪器原理讲义111Part

.02几个主要参数动态范围显示信号的最大水平与最小水平的比称为动态范围(Dynamic

Range,DR)，DR描述了信号幅度变化的大小，一般用分贝[dB]值表示。式中：Umax—信号最大值，Umin

—信号最小7/18/2值023113医学超声仪器原理讲义生物组织的声界面特性，组织吸收（超声衰减）特性及探测深度决定了信号的动态范围7/18/2023医学超声仪器原理讲义114因此动态范围DR通常由两个部分组成：声界面特性（声阻抗差）所确定的信号幅度变化（SDR）超声在组织传播过程中衰减所引起的信号幅度变化，超声传播衰减取决于组织特性（超声衰减系数

）与传播距离（L）由此超声回波总动态范围可写为：DR

=

2 L

+

SDR对动态范围的影响因素7/18/2023医学超声仪器原理讲义115超声在生物组织中传播所产生的全部回波；

超声发射功率、接受放大器的等效输入噪声；终端显示装置的动态范围；动态压缩方法时间增益控制——补偿传输衰减幅度增益控制——使有用信号相对压缩线形范围线性范围，一般指的是仪器中放大器线性范围，它给出放大器输入信号和输出信号之间成线性关系的区域。即Uo

=

KUi线性关系也用分贝值来表示式中：Umax—信号最大值，Umin

—信号最小值，可7/18/20见23线性放大器的线性医学范超声仪围器原理讲即义

是动态范围1167/18/2023医学超声仪器原理讲义117当输出信号的最大幅度保持不变时，输入信号的线性范围将随着K值的减小而增大。7/18/2023医学超声仪器原理讲义118分辨率7/18/2023医学超声仪器原理讲义119分辨力指成像系统能分辨空间尺寸的能力，即能把两点区分开来的最短距离。超声显像仪的分辨力是衡量其质量好坏的最重要的指标，分辨力越高，越能显示出脏器的细小结构。7/18/2023医学超声仪器原理讲义120超声成像的分辨力有横向分辨力和纵向分辨力之分。前者是指垂直于超声脉冲束方向上的分辨力，后者是沿波束轴方向上的分辨力。这两种分辨力的大小差别很大，纵向分辨力总是优于横向分辨力。而且，垂直于波束轴的两个维上的横向分辨力也往往不同。影响横向分辨力和纵向分辨力的因素各不相同，7/18/2023医学超声仪器原理讲义121横向分辨力又称侧向分辨力，它表示区分处于声束轴垂直的平面上的两个物体的能力。超声波束直径尺寸直接影响横向分辨力，波束直径越细，能分辨的尺度越小，横向分辨力越高。7/18/2023医学超声仪器原理讲义122影响横向分辨率的因素显示荧光点尺寸的影响波束直径尺寸的影响

动态范围的影响7/18/2023医学超声仪器原理讲义1237/18/2023医学超声仪器原理讲义1247/18/2023医学超声仪器原理讲义125仪器的图像质量主要取决于横向分辨力。横向分辨力好，图像细腻，小结构就能显示清楚。横向分辨力主要由换能器的尺寸、形状、发射频率、聚焦等因素决定。当显示屏光点尺寸较大时，也会影响横向分辨力。此外，随着深度的增加，脉冲频谱中的各种频率成分的衰减情况也不同，这个因素也潜在地影响着横向分辨力。现代化的显像仪横向分辨力可优于2mm。7/18/2023医学超声仪器原理讲义126纵向分辨力又称轴向分辨力或距离分辨力，表示在声束轴线方向上对相邻两回声点的分辨力。纵向分辨力与发射超声频率有关，因为声波的纵向分辨力理论极限为声波的半波长。频率越高，波长越短。纵向分辨力与超声脉冲的持续时间有关，脉冲持续时间越短，即脉冲越窄，纵向分辨力越高。超声脉冲持续时间与发射电脉冲宽度及换能器阻7/1尼8/2023

有关。医学超声仪器原理讲义

127影响纵向分辨率的因素脉冲宽度的影响增益大小的影响7/18/2023医学超声仪器原理讲义1287/18/2023医学超声仪器原理讲义1297/18/2023医学超声仪器原理讲义130色散吸收对横向、纵向分辨率的影响7/18/2023医学超声仪器原理讲义131吸收与频率的关系——频率越高，吸收越强；频谱中心向低频偏移；波束变宽；前沿变坏；理想的情况下，工作频率越高，分辨率越高；生物组织的平均衰减系数接近1dB/cm·MHz；频率3MHz—深度20

cm—衰减60dB，94%频率10MHz—深度20

cm—衰减200dB，99.5%在大多数情况下，最佳工作频率就是超声波穿透深度不超过200个波长时就能达到被探测脏器的

那个频率；例如：频率为3MHz时，波长是0.51mm它能够像。7/1形8/2023

成102mm深处组织的医学良超声仪好器原理讲图义132带宽7/18/2023133医学超声仪器原理讲义工作频率超声诊断仪的工作频率，根据两个方面因素作最佳的选择。首先，从分辨力的角度说，增高频率，可以改善分辨力。频率越高，波长越短，则波束的指向性越好（近场距离大，而发散角小），横向和纵向分辨力都能提高。其次，从穿透深度的角度来看，工作频率越高，则衰减成正比地增加，必然使探测深度减小。若7/1要8/2023

求较大的穿透深度，医学超声就仪器原得理讲义取较低的工作频率。134因此，在设计中不得不在工作深度与频率之间取合理的折衷。比如眼科应用中，所要求深度小，可以用高频率以提高分辨力，一般用10MHz。而

要穿透较大深度（如腹腔）时，则只能取较低工作频率。通用B型超声诊断仪的工作频率一般在

3.5MHz，有些诊断仪配有多种不同频率的的需要。7/1探8/2023

头以满足不同检医查学超声仪深器原理讲度义135常用超声诊断仪的超声频率；动态范围分辨率(波长mm)频率(MHz)10dB1.520dB2.530dB3.010.253.754.52.50.91.51.850.450.750.910学0.2750.3750.45作用距离（穿透深度）指仪器发射的超声波束可以穿透并能显示出回声图像的被测介质深度。超声医学成像系统的作用距离，通常要满足处于相当深度上的各种器官的成像需要，如腹部成像就需要有20cm的工作距离，而用于眼球的深度为

10cm。影响作用距离的主要因素是脉冲信号在传播途中的衰减，这是由于组织的吸收、反射、折射、散射等原因引起的。7/18/2023

医学超声仪器原理讲义

137要提高仪器的探测深度，有三个方面的途径。

降低工作频率。但降低工作频率，则分辨力也随之降低，这是一个限制。

提高接收机的灵敏度和扩大动态范围，使能接收较远距离的微弱的反射信号，但这要受到换能器噪声的限制，信噪比极限对诊断超声的最大穿透深度上的限制为300个波长左右。

加大发射功率，使远距离的微小声阻抗差也能产生较强反射，从而使更远距离的病灶也能被探测到，但要考