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波源也稱振源,指能夠維持振動的傳播,不間斷的輸入能量,並能發出波的物體或物體所在的初始位置。波源即是機械波形成的必要條件,也是電磁波形成的必要條件。波源可以認為是第一個開始振動的質點,波源開始振動後,介質中的其他質點就以波源的頻率做受迫振動,波源的頻率等于波的頻率。機械波與電磁波既有相似之處又有不同之處,機械波由機械振動產生,電磁波由電磁振蕩產生;機械波的傳播需要特定的介質

形成條件

介質

廣義的介質可以是包含一種物質的另一種物質。在機械波中,介質特指機械波藉以傳播的物質。僅有波源而沒有介質時,機械波不會產生,例如,真空中的鬧鐘無法發出聲音。機械波在介質中的傳播速率是由介質本身的固有性質決定的。在不同介質中,波速是不同的。[1]

主要類型

波源根據發生原理不同,衝擊波源分為液電式、壓電式和電磁式。其它還有激光、微爆炸衝擊波源,但不常用。

1.液電式 中擊波源液電衝擊波是在一個橢球反射體內通過液體中火花放電的方式轉化成衝擊波。主要優點是脈衝功率高,碎石效果好。但這一類型衝擊波的各波之間的均一性最差,原因在於電極的正極和負極電流通路存在差異,在SWL過程中,電極逐步損耗,正極間隙逐漸擴大。明顯影響橢球體的幾何形狀。在焦點l處的電火花隙每增加1mm,將會導致焦點2處的寬度增加10mm。使碎石效率降低,周圍 組織損傷加重。結果。常需要調節電極間距和頻繁換電極。這種機型的設備成本和損耗費用較為昂貴,目前最具代表性的液電式HM3型機已不再生產。但液電式衝擊波的原理比較簡單、目前國內的製造工藝和 技術也比較成熟,而且易耗件價格比國外低得多。基本符合現今我國 衝擊波碎石機的發展方向和醫院需求,因此,它一直是國內眾多廠商 的唯一或第一生產選擇。

2.壓電式衝擊波源

壓電式衝擊波是由圓形排列的壓電晶體產生的一種超短波脈衝。其特點是焦點緊湊精細,雖在焦點2處具有極高的峰值壓力,但因皮膚的衝擊波入點的能量密度極低,故很少引起痛感或不適。應當注意,衝擊波焦點的峰值壓力,不同於碎石機的功率,碎石機的實際功率是焦點峰值壓力與焦點體積的函數。雖然液電式碎石機峰值壓力低於壓電式,僅為中高水平,但因焦點大,所以釋放到結石的能量最高。然而,儘管壓電式衝擊波源的峰值壓力最高,但因焦點2的體積極小,每次釋放到結石的脈衝能量較液電式衝擊波差幾個數量級。我們也體會到,在用壓電式碎石機治療難治型結石時,能量不如國產的液電式碎石機,只有治療較小的腎結石時,有其獨特的優越性。雖然據廠方介紹,壓電晶體的波源產生的碎石粉末很細,而且可呈「剝脫」式碎石。但據我們的觀察,事實並非完全如此,經常由於其衝擊功率不足,無法一次性完全粉碎結石,致使較大的殘石留在腎內或墜入輸尿管,因而復震率較高。從碎石過程的張力作用和空化作用的原理來看,所謂「剝脫」式碎石的概念也是值得懷疑的。在治療嵌頓型輸尿管結石時,壓電晶體波源的碎石效果更差。該機雖無經常性易耗件,但作為發生器的壓電晶體片至少在一至二年內更換一次,而且每次使用的壽命縮短三成以上。同時逐次遞減。如將材料消耗和維修費用平攤在每例患者身上,必然治療價格不菲。看來這與所謂的「無消耗件」概念相去甚遠,它實際上是把用戶每次的消耗性費用變成了最終的一次性付清。[2]

3.電磁式衝擊波源

電磁式衝擊波是將電能首先轉換成磁能,再轉換成機械能,通過聲透鏡或拋物面反射體將機械波聚焦後所形成的。其主要特點是衝擊波源可連續使用近百萬次,無更換電極之煩,損耗成本相對降低(表4、表5)。電磁式衝擊波的能量較液電式衝擊波源差一個數量級,介於液電式與壓電式之間,比較合乎臨床使用要求。但主要缺點是患者痛感較重,心電干擾較大。為減輕ESWL時的痛感和提高碎石效率,有些專家提倡使用Puigvert技術。其方法是從低到高逐步遞增碎石能量,與標準方法相比,衝擊次數增多,但平均每次的衝擊能量較低。有人發現,加大衝擊波功率時,焦點位置會發生改變。我們在應用電磁式Compact S型碎石機治療近2000例次上尿路結石中也觀察到,特別在治療體積較小的結石時,高能檔位的碎石效果並不比低能量優越,反而血尿程度較重,說明結石周圍組織損傷較重。在各種進口機之間相比,電磁式衝擊波源的治療成本較低,維修也比較簡單。

傳播方式

機械波在傳播過程中,每一個質點都只做上下(左右)的 簡諧振動,即,質點本身並不隨着機械波的傳播而前進,也就是說,機械波的一質點運動是沿一水平直線進行的。例如:人的聲帶不會隨着聲波的傳播而離開口腔。簡諧振動做等幅震動,理想狀態下可看作做 能量守恆的運動. 阻尼振動為能量逐漸損失的運動.。 繩波是一種簡單的橫波,在日常生活中,我們拿起一根繩子的一端進行一次抖動,就可以看見一個波形在繩子上傳播,如果連續不斷地進行周期性上下抖動,就形成了繩波。

把繩分成許多小部分,每一小部分都看成一個質點,相鄰兩個質點間,有彈力的相互作用。第一個質點在外力作用下振動後,就會帶動第二個質點振動,只是質點二的振動比前者落後。這樣,前一個質點的振動帶動後一個質點的振動,依次帶動下去,振動也就發生區域向遠處的傳播,從而形成了繩波。如果在繩子上任取一點繫上紅布條,我們還可以發現,紅布條只是在上下振動,並沒有隨波前進。

介質中的每個質點,在波傳播時,都只做簡諧振動(可以是上下,也可以是左右),機械波可以看成是一種運動形式的傳播,質點本身不會沿着波的傳播方向移動。

對質點運動方向的判定有很多方法,比如對比前一個質點的運動;還可以用"上坡下,下坡上"進行判定,即沿着波的傳播方向,向上遠離平衡位置的質點向下運動,向下遠離平衡位置的質點向上運動。

機械波傳播的本質

在機械波傳播的過程中,介質里本來相對靜止的質點,隨着機械波的傳播而發生振動,這表明這些質點獲得了能量,這個能量是從波源通過前面的質點依次傳來的。所以,機械波傳播的實質是能量的傳播,這種能量可以很小,也可以很大,海洋的潮汐能甚至可以用來發電,這是維持機械波(水波)傳播的能量轉化成了電能。

相關知識

機械波 機械振動在介質中的傳播稱為機械波。機械波與電磁波既有相似之處又有不同之處,機械波由機械振動產生,電磁波由電磁振蕩產生;機械波的傳播需要特定的介質,在不同介質中的傳播速度也不同,在真空中根本不能傳播,而電磁波,例如光波,可以在真空中傳播;機械波可以是橫波和縱波,但電磁波只能是橫波;機械波與電磁波的許多物理性質,如:折射、反射等是一致的,描述它們的物理量也是相同的。常見的機械波有:水波聲波地震波

震源 地球內部岩層破裂引起振動的地方稱為震源。它是有一定大小的區域,又稱震源區或震源體。它是地震能量積聚和釋放的地方。震源在地球表面上的垂直投影,叫震中。人為因素引起的地震的震源稱人工震源,如人工爆破(炸藥爆破核彈試驗)等。

震源深度 震源垂直向上到地表的距離是震源深度。我們把地震發生在60公里以內的稱為淺源地震;60-300公里為中源地震;300公里以上為深源地震。目前有記錄的最深震源達720公里。

天然地震震源和人工爆破震源 天然地震震源和人工爆破震源的性質有很大區別。一般而言,天然地震主要發生在斷層上,以剪切錯動為止;而人工爆破震源卻是以一點為中心向周圍膨脹的過程。採用地震波形資料進行地震矩張量反演,人們可以大致地區分這兩種震源的特性。[3]

震源強度與其影響 強度達到黎克特制8級的地震,平均每年只1次,7級則有18次。通常震級愈高,破壞就愈嚴重,但震源深淺也對破壞程度起關鍵作用。震源淺,影響面積會小些,但在受影響範圍內的強度就極大;震源深,影響面積會較大,但造成的破壞卻相對較少。

震源不會移動 一個震源是不會移動的。每次地震包括主震和每次餘震都會有不同位置的震源,這些不同時間的震源位置疊加在一起就可以看出震源的分布。

用無Q譜方法測定震源譜的高頻衰減

寬頻帶地震記錄可以表示為震源時間函數、傳播算子和散射/衰減算子的褶積.在傳播算子與頻率無關、地震波的散射和衰減效應可以用一個以Q-1=Q-11+(Q2ω)-1的方式隨頻率變化的Q值來表示的情況下,通過位移譜的組合,可以直接估計震源譜;而Q值對地震圖的影響,在頻譜的組合中被自動消去.用這種算法處理了1988年中國雲南省瀾滄-耿馬地震5次餘震的近震源寬頻帶地震記錄.對ML=3.0和ML=3.5餘震的處理結果表明,由不同台站上的寬頻帶地震記錄,可以得到相同的高頻衰減趨勢.對MS=6.7的強餘震處理結果表明,可以從不同的地震台站上得到相同的震源參數,所估計的參數值也與用經驗格林函數法得到的結果相吻合.這些餘震震源譜的高頻部分呈現出典型的f-γ衰減. 其中,對ML=3.0餘震有γ≈3;對MS=6.7和ML=4.0餘震有γ≈2;而對ML=3.5和另一個ML=3.0餘震有γ≈2.5.MS=6.7餘震的拐角頻率表明,它的震源尺度較小,意味着該餘震是一個面積較小但強度較高的障礙體的破裂。

參考來源