108年:放射器材(2)

有關超⾳波的 敘述,下列何者正確?

A超⾳波影像,只能在近場( near zone )做超⾳波射束聚焦( focusing )
B超⾳波射束聚焦( focusing )無法改善影像解析度
C換能器⼝徑( transducer aperture )減少,近場⻑度( near-zone length, NZL )增加
D頻率變⼩,近場⻑度( near-zone length, NZL )增加

詳細解析

本題觀念:

本題考超音波近場(near field / near zone)與聚焦(focusing)的物理特性,以及近場長度(near-zone length, NZL)與換能器參數(口徑、頻率)的關係。核心公式為:

NZL=D24λ=D2f4c\text{NZL} = \frac{D^2}{4\lambda} = \frac{D^2 \cdot f}{4c}

其中 DD 為換能器口徑(直徑),λ\lambda 為波長,ff 為頻率,cc 為聲速。

超音波射束在近場末端(NZL 處)自然聚焦,而電子或透鏡聚焦只能在近場範圍內有效執行,超過 NZL 即為遠場(far field),遠場的射束無法被聚焦。

選項分析

(A) 超音波影像,只能在近場(near zone)做超音波射束聚焦(focusing)正確

這是本題的正確答案。超音波射束的聚焦(無論電子相位聚焦、聲學透鏡聚焦)只能在近場範圍內有效。NZL 是射束可被聚焦的最大深度邊界,超過 NZL 進入遠場後,射束因繞射(diffraction)發散,無論採用何種聚焦方式均無法將能量集中。因此,只能在近場做射束聚焦的陳述是正確的。

(B) 超音波射束聚焦(focusing)無法改善影像解析度 此陳述錯誤。射束聚焦可縮小焦點處的射束寬度,顯著改善**橫向解析度(l

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