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超聲波在媒質(zhì)中的反射、折射、衍射、散射等傳播規(guī)律,與可聽聲波的規(guī)律并沒有本質(zhì)上的區(qū)別。但是超聲波的波長(zhǎng)很短,只有幾厘米,甚至千分之幾毫米。
超聲波的技術(shù)應(yīng)用,概括起來主要包括兩個(gè)方面:
(1)超聲波處理。超聲波處理主要是利用它的功率特性和空化作用,改變或者加速改變物質(zhì)的某些物理、化學(xué)、生物特性或狀態(tài)。利用強(qiáng)超聲波進(jìn)行加工、超聲波清洗、超聲波焊接、超聲波乳化、超聲波粉碎、超聲波脫氣、超聲波醫(yī)療、超聲波種子處理等,已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等各個(gè)部門。在工業(yè)上,利用強(qiáng)超聲波對(duì)鋼鐵、陶瓷、寶石、金剛石等堅(jiān)硬物體進(jìn)行鉆孔和切削加工。平時(shí)我們用錘子和鋼釬可以一下一下地將堅(jiān)硬的巖石打出洞來,超聲波加工也是這個(gè)道理。
(2)超聲波探傷、測(cè)厚、測(cè)距、醫(yī)學(xué)診斷和成像。在工業(yè)生產(chǎn)中常常運(yùn)用超聲波透射法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行無損探測(cè)。超聲波發(fā)生器發(fā)射出的超聲波能夠透過被檢測(cè)的樣品,被對(duì)面的接收器所接收。如果樣品內(nèi)部有缺陷,超聲波就會(huì)在缺陷處發(fā)生反射。這時(shí),對(duì)面的接收器便收不到或者不能全部收到發(fā)生器發(fā)射出的超聲波信號(hào)。這樣,就可以在不損傷被檢測(cè)樣品的情況下,檢測(cè)出樣品內(nèi)部有無缺陷。在醫(yī)療診斷中則常采用回聲法:將弱超聲波透入人體內(nèi)部,當(dāng)超聲波遇到臟器的界面時(shí),便發(fā)生反射和透射。透射入臟器內(nèi)部的超聲波,再遇到界面時(shí)還會(huì)再次發(fā)生反射和透射,超聲波接收器專門接收各次的反射波。醫(yī)務(wù)人員根據(jù)所收到的各次反射波的時(shí)間間隔和波的強(qiáng)弱,就能夠了解到臟器的大小、位置及其內(nèi)部的病變等。與可聽聲波比較,超聲波具有許多奇異特性:
1.空化作用——當(dāng)超聲波在液體中傳播時(shí),由于液體微粒的劇烈振動(dòng),會(huì)在液體內(nèi)部產(chǎn)生小空洞。這些小空洞迅速脹大和閉合,會(huì)使液體微粒之間發(fā)生猛烈的撞擊作用,從而產(chǎn)生幾千到上萬個(gè)大氣壓的壓強(qiáng)。微粒間這種劇烈的相互作用,會(huì)使液體的溫度驟然升高,起到了很好的攪拌作用,從而使兩種不相溶的液體(如水和油)發(fā)生乳化,并且加速溶質(zhì)的溶解,加速化學(xué)反應(yīng)。這種由超聲波作用在液體中所引起的各種效應(yīng)稱為超聲波的空化作用。
2.功率特性——當(dāng)聲音在空氣中傳播時(shí),推動(dòng)空氣中的微粒往復(fù)振動(dòng)而對(duì)微粒做功,聲波功率就是表示聲波作功快慢的物理量。在相同強(qiáng)度下,聲波的頻率越高,它所具有的功率就越大。由于超聲波頻率很高,所以超聲波與一般聲波相比,它的功率是非常大的。
3.傳播特性——超聲波的波長(zhǎng)很短,通常的障礙物的尺寸要比超聲波的波長(zhǎng)大好多倍,因此超聲波的衍射本領(lǐng)很差,它在均勻介質(zhì)中能夠定向直線傳播,超聲波的波長(zhǎng)越短,這一特性就越顯著。
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