基本原理
超聲波是聲波的一部分，是人耳聽不見、頻率高于20KHZ的聲波，它和聲波有共同之處，即都是由物質振動而產生的，并且只能在介質中傳播﹔同時，它也廣泛地存在于自然界，許多動物都能發射和接收超聲波，其中以蝙蝠最為突出，它能利用微弱的超聲回波在黑暗中飛行并捕捉食物。但超聲還有它的特殊性質'如具有較高的頻率與較短的波長，所以，它也與波長很短的光波有相似之處。
特性
超聲波是彈性機械振動波，它與可聽聲相比還有一些特點:傳播的方向較強，可聚集成定向狹小的線束﹔在傳播介質質點振動的加速度非常之大;在液體介質中當超聲強度達到一定值后便會發生空化現象。
一、束射特性
從聲源發出的聲波向某一方向(其他方向甚弱〉定向地傳播，稱之為束射。超聲波由于它的波長較短，當它通過小孔(大于波長的孔》時，會呈現出集中的一束射線向一定方向前進。又由于超聲方向性強，所以可定向采集信息。同樣當超聲波傳播的方向上有一障礙物的直徑大于波長時，便會在障礙物后產生"聲影”。這些猶如光線通過小孔和障礙物一樣，所以超聲波具有和光波相似的束射特性。超聲波的束射性的好壞，一般用發散角的大小來衡量（習慣上用半發射角臼表示)。以平面圓形活塞式聲源為例，其大小決定于聲源的宜徑(D)和聲波的波長(A)。由此看出，要使發聲體發射出方向性有較好的超聲波，必須使0角盡量小，發射體（聲源〉的直痙D必須很大或發射的頻率f也必須很高才能得到，否則將適得其反。由于超聲波的波長要比可聽聲的波長短，所以它就比可聽聲波有較好的束射特性，頻率愈高的超聲波，波長愈短，這種向一定方向傳播的特性就愈顯著。
吸收特征
超聲波在各種介質傳播時，隨著傳播距離的增加，超聲強度會漸漸減弱，能量逐漸消耗，這種能量被介質吸收掉的特性，稱之為聲吸收。1845年斯托克斯(Stoke。G.G.)發現:當聲波通過液體，因液體質點相對運動而產生的內摩擦〈即粘滯作用)導致聲吸收，因而導出了由介質的內摩擦或粘性引起的液體中聲吸收公式。還有，當聲波在液體介質中傳播時，壓縮區的溫度將高于平均溫度﹔相反，稀疏區的溫度低于平均溫度，因此，由于熱傳導使聲波的壓縮和稀疏部分之間進行熱交換，從而引起聲波能量的減少1868年基爾霍夫(Kirchhoff G.)導出了由熱傳導引起的聲吸收公式。
由此看出，吸收系數a與聲波頻率的平方成正比，當頻率增加10倍，則吸收系數就增大100倍。即頻率愈高，吸收愈大，因而聲波傳播的距離愈小。在氣體中，1920年愛因斯坦提出了由聲頻散來確定締合氣體的反應率，從而促進了對氣體分子熱弛豫吸收機制延伸到液體的研究，得出了由于介質中的分子相互之間的碰撞引起分子熱弛豫吸收。所以低頻聲波在空氣中可以傳播很遠距離,而高頻聲波在空氣中很快的衰減了。在固體中，聲吸收在很大程度上取決于固體的實際結構。
由以上看出引起不同介質對聲吸收的原因很多，但主要原因是介質的粘滯性、熱傳導、介質的實際結構及介質的微觀動力學過程中引起的弛豫效應等，這些介質中的聲吸收都隨著聲的頻率而變化。超聲波是高頻率的聲波，在同一介質中傳播時，隨著頻率的增大，被介質吸收的能量就愈大。例如頻率為10Hz的超聲波在空氣中被吸收的能量比頻率為10Hz的聲波大100倍;對同一頻率的超聲波因傳播的介質不同。如在氣體、液體、固體中傳播時，其吸收分別為最厲害、較弱、最小。所以超聲波在空氣中傳播距離最短。
超聲波在均勻介質中傳播時，由于介質的吸收，而影響聲強度隨距離的增加而減弱，這就是聲波衰減。當超聲波起始強度為J0，經過x米距離后，其強度為Jx= Joe-2ax"" '式中a為吸收系數（衰減系數》。由上可得在各種介質中聲波的吸收系數，由此看出超聲強度是以指數而衰減的。例如頻率為106Hz的超聲波在離開聲源以后，在空氣中經過0.5m距離，其強度就要減弱一半;在水中傳播,要經過500m的距離后才使強度減弱一半，可看出在水中傳播的距離相當于在空氣中傳播距離的1000倍。隨著頻率的增高，衰減越快。如頻率為1011Hz的超聲在空氣中傳播，當在離開聲源的一剎那間就會全部消失得無影無蹤。在粘度很大的液體中，超聲被吸收得更快。例如在200C時，使頻率為300kHz的超聲的強度減至一半，只需0.4m厚的空氣就夠了，至于在水中就要經過440m，在變壓器油中就要傳播100m左右，而在石蠟中只需傳播3m左右。因此，粒度極大的物質《橡皮、膠木、瀝青〉則是超聲波良好的絕緣體。
能量大
超聲波傳播的能量比可聽聲大得多。因為當聲波到達某一物質時，由于聲波的作用使物質中的分子也跟著振動，振動的頻率和聲波頻率一樣，所以分子振動頻率決定了分子振動的速度，頻率越高速度越大。從而物質的分子由振動而獲得了能量，其能量除了與分子的質量有關外，還與分子的振動速度的平方成正比，而振動速度又與分子振動的頻率有關，所以聲波的頻率越高，也就是物質分子得到的能量越高。超聲波的頻率比聲波的頻率可高得多，所以超聲波可使物質分子獲得更大的能量。由此說明超聲波本身可以供給物質足夠大的能量。
我們平常人耳能到的聲波頻率低、能量小。如高聲談話聲約等于5ouWIcm2的強度。但超聲波所具有的能量就比聲波大得多。例如頻率為10Hz的超聲振動所具有的能量，比振幅相同而頻率為103Hz的聲波振動的能量要大100萬倍，因為聲波的能量與頻率的平方成正比。由此看出，主要是超聲波的巨大機械能量使物質質點產生了極大的加速度。
在一般工作中，正常響度的揚聲器的聲強為2×10—9 WwIcm2，炮的射擊聲的聲強為10—3Wicm2﹔中等響度的聲音使水的質點所獲得的加速度只有重力加速度〈980cmls2)的百分之幾，所以不會對水產生影響。然而如果把超聲作用于水中，使水質點所達到的加速度可能比重力加速度大幾十萬倍甚至幾百萬倍，所以就會使水質點產生急速運動。它在超聲提取中有著極其重要的作用。
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