下面，我們就試著來描述一下其原理。

探頭中間是一根振動棒，振動棒的下端是一個維氏壓頭。開機時，振動棒產生超聲振動，當然，這個振動你肉眼是觀察不到的，但是，可以被固定在振動棒上的一組壓電晶片感應到，并由此計算出一個振動頻率。

這時候，讓我們展開想象，把這根振動棒看做是一根彈簧，不斷地被壓縮、然后松開，也就是說，以一個固定的頻率震蕩著。

當我們把這樣一根“彈簧”的**，就是那個維氏壓頭，緊緊地壓進材料表面，會出現什么情況呢？我們知道，材料有彈性模量，微觀上，振動棒這個“彈簧”就會把震蕩傳遞給材料的微觀晶粒，于是這些晶粒也開始震蕩，你同樣可以想象，這是又一根“彈簧”在震蕩。

剛開始，這兩根“彈簧”的震蕩頻率并不相同，但逐漸地，它們會趨于同步，也就是說兩根“彈簧”連在一起后，會產生共振，（當然，這個“逐漸地”的過程很快，也就一兩秒鐘的事），于是，振動棒上的另一組壓電晶片監測到了這個共振的頻率，這樣，振動棒初始的頻率和共振后的頻率的變化量也就可以被計算出來了。

式中，△f代表頻率變化量，Eeff代表彈性模量，A代表壓痕面積?！?/span>f=（Eeff，A），這個公式表示，△f與Eeff和A存在可計算的比例關系。而在前面講過，硬度值其實也是與力F和壓痕面積A存在可計算的比例關系，也就是圖中的HV=F/A。

維氏機產生的壓痕本來就很小，而壓痕邊緣的判定是由人來觀察的，難免出現錯誤。而振動棒的壓痕就更小，但頻率卻可以借由電路的計算**得到，于是，如果我們知道某種材料的彈性模量，又測得了頻率，那我們完全可以借助換算關系用△f與Eeff來表示A、而不用去測量壓痕直徑。

這樣，如果力值事先設定（振動棒壓緊到材料表面，靠的就是壓緊彈簧——這是真的彈簧，而彈簧的壓緊力是可以事先設定的，這就是超聲波探頭有不同型號的緣故，其型號的不同，就是取決于彈簧壓緊力，有10N、20N，等等），那么，硬度值的公式完全可以轉化成：HV=F/（△f，Eeff），你看，根本不用費心去觀察壓痕了、也不用擔心“壓痕邊緣不清晰”所帶來的誤差了。