超声波的应用领域有哪些

超声波的应用领域有哪些

一、超声波的基本特点

超声波在我们的日常生产生活中扮演着举足轻重的角色和其木身的特点赶 不开的性质决定其用途,与晋通声相比,

1）超波具有许多优点如 直射性好,超声波的频率相对来说比较高,它的波长和声波相相比之下要 短的衍射现象也不是很明显容易得到定向而集中的波来在定距太内 沿着直线传播,在遇到障碍物时会发生反时,遵循反射手拼射定

2)功率大叫这是由起声波本身的特点所决定的,因其波长相对较組,频 率也较高,本身又属于能量的传播形式,这也就说明它本身是携带了更强的能」 量,大功率的超燕波简称功率超声

(3)穿透能力强。超声波在固体成者液体中时衰减很小,这也是其在水下 探测及探伤方亩取得重要应用的原因所在,介质吸收系数随波的频率增大而增 ,超卢波的频泽增加时其穿透本领会下降,因此在不同的应用中,其频的 选择不同在不透明的固体中超声波能够无损穿透儿十米的厚度,这反面闰用 于金属等材料的探伤,液体中用于海底地形扫测和侦察,超声波在遇到杂质或 者介质分界面时会有明显的反射,低其弱点在于超声波在空气中衰减较快,无 法利用超声波进行窒車运距离探测 (能产生年化作用,超声波在液体中传播时,由于其本身是一种机械波 若液体受压产生逐级压,相对比稳定,因此液体能耐压,而承受拉力的能力却 很差,因此当超声波的波浓摩足够大时,承受不住拉力而发生断裂,导致其产 近似于真空或者只含少量气体的空穴,在声波的压缩阶段,这些空穴也被压缩 道到它们崩溃,在这些空穴朋责过程中将会发生放电并伴随发光观象,此现象被 称作室化作用,也正是由于这些特点的存在,促使超声波走进我们的生产生活 在国防、医行,科技创霸、农业等许多领域得到了重要的应用 2超声波的应用 超装在农业什广以及生活中扮演着极其重要的角色,它的是液涉足的 领城包括超声诊师、超声波探伤,大功率超声、船声理疗、声波捡测、超 声波处理,在工业中超声可用来对材料的内部结构进行检测和探伤,同时也 可以测量气体,液体或者固体的物理参数,测量物体的厚度;液面的高度、流 量、精度或者硬度等等,也可以对材料的焊缝处,粘接处等进行全面检查。在 其他应用方面如超声波清洗和加工处理还可以被应用在切割、焊接、喷雾、乳 化、电键等工艺中,超声波清洗技术是一种高效率的洗涤方法,已经在尖端和 管 精密工业中得到普及。大功率超声也可用于机械加工之中,使超声波在拉 拉丝、挤压和铆接等工艺中得到应用。医学中的超声波诊断发展甚快,且应用 效果很好,已经成为医学上大影象诊断方法之一,与X线、同位素分别应用 于不同场合,例如超声波理疗、超声波诊断、肿瘤治疗和结石粉碎等。在农业 生产中,可以用超声波对有机体细胞的杀伤的特性来进行消毒灭菌,对作物种 子进行超声波处理,有利于堤高种子发芽率和也能促使作物增产增收。此外超 声波的液体处理和净化也可应用于环境保护中,例如超声波水处理、燃油乳化 大气除尘等,微波超声的应用重点在于微波电子器件,已经制成了超声波延迟 线、声电放大器、声电滤波器、脉沖压缩滤波器等,以下面就对超声波的几个 典型应用加以描述:

2.1超声波在制浆造纸工业中的应用

2.11纸浆预处理

利用超声技未处理纸浆,使之产生机械的打浆效应。研究发现,利用超 声波处理木浆,其有与机械打浆、精浆相类似的效果,可对纤维细胞壁产生位 移、变形以及细纤维化等作用,这主要是由于超声波空化产生的微流对纤维的 沖击、剪切作用,使纤维纤维细胞壁出现裂纹、发生位移和变形,初生壁和次 生壁外层破裂脱除,次生壁中层暴露出来:或使纤维产生纵向分裂,发生细纤 维化。超声波处理不仅对纤维有机械打浆效应,面且经超声波处理后,纤维的 保水值增大,纤维的可及度和反应性能显著提高。对于含较多果胶质的纤雏, ‖利用超声波达到脱胶效果超声波对于合成纤维的表面更是发挥了很好的作用, 河以活化纤维表面,是纤维表面的含氧官能团增加,引起纤维表面张力中极性 分子增加,研究还发现,超声波刈纤维表面有刻蚀作用,纤维比表面增加,大 大提高了纤维的层间结合能力,由于高分子化合物与液体之间超声速度差产 生榛力,使纤维结构破坏。使用超声波处琲各种纸浆,使纤维达到润胀, 层剿离,细纤维化,从面增拥成纸弧度。

2.1.2超声波检测

超声波检测,它是利用与某些描述介质声学特性的超声量(如 之间存在的米 这些超声量的测定来分析介质的特性,评偷 工L程有关的参量叫超声波传播的方向性很好尤其在液体和固体中传播时滚 很小超波酒到质时会荣到散射和吸收,到媒分界面时有显著的反时 利用这些特性,可以通过测量定能量超声波在固体悬浮物的液体中传播时的 减量间接得到液体中固体悬浮物的含量:由此可以测定和制浆料成水 的浓度,据此原理生产的超声流量计、超声波料位仪等目有反应嫩测量精 度高、对人体没有伤害等优点用用超声波直接满定纸张的抗张挺度取向,检 过程无创伤、快速,测定结果直接准确,是纸张检测很好的具用超 技术检测真空系统泄漏,是行之有效的方法,具有简单快捷,准确果成本低 操作简单等特点。

2.2超声波传感器

超声波传感器在流量材料的无損桧测、物体位置的测量中应用极 厂泛,国此,超波传器的地位就显得特別重要,首先简单的介继下超声 波传感器,超声波传感器分为两类,分别是接受换能器和发射换能器,这两者 是不,接反换能器利用进压电效应面发换能器利用压电效应,超 声波换能器又畦超声波,是指在超声频率范田内,将交变的电镭号转换成 声信号的转换諾:或者将声场中的声信号转挨为电信号的能量转涣器件,它 本身既能产生超声波又能接受超声波的回波,从而实现手能量的转換,超声换 按照结构分古直探头,斜探法、表面波探、单探头、双探头、聚焦探头等。 按照物理效应不同分为电动式、电磁式、磁致伸缩式和电致伸缩式等 随着材料科学的发及对某些材料话识的突破,超声波换能器的发展也被 带动起来了作为换能器的材料也开始有多种选择,例如品体、陶瓷、聚合物 等这些电介质。,当对这些电价质在某个方向上施加作用力时,这些电介质内 部的电极化状态就会随之改变,在其的某相对两表面就会出现束缚电荷,这些 电荷与外力成正比,由于外加作用为使电介质带电的现象称为压电效应相 地如果给这些电介质外加出电场,于电场的作用,其内部电极化状态将会 皮生的化,P 为五港,电单品体积多品体、压电高分子聚合物、复合压电材料电 山电陶能是压电晶材料的核心,它的的压电性能比较好,电陶 年的历史在材料基础研究和实际应用中都发坛迅速,避 出出项使电能器的实际应用上厂一个新的台研所以压电 除是现今力最大用论最有的压材料目前在压电材料中处于皮配地位 易酸碱腐蚀损坏压电性能 性能器弹请以满是不域的需求易加工,设 各种形由于不同的形状和电极化细,从而可得到各种振动 筒,生产周期短 超波传感器根据实深需要不同可以产生相应的 例如频率在30k2到 H之间可以应用在流量测量城中在30kH到20kHz之间可以应用在物 位薄量中当应用在检测装置上时,要求波的频率范围就很宽

2.3超声波测距

超声波在介质中有排他性、能量耗较慢,传播距离较近的特点因此 可用在测距方面。超声波测距是指超声波发出后遇到障碍物被反射回来的时间 根据发射和收的时f[差来计算发射点到障碍物的距离。其中已知量为超声波 在空气中的传播速度超声波渊距的其体公式为 SCXI 式中s为测量点到障碍的距离C为超声波在气中的传播速度;T为测量点 到被測物体距离「传播的时间差 超声波测距在日常生活的应用广泛,主要应用在倒车提閣、趁速检游 筑业等,超声波测距虽然湖量精度能达到理米级,但探测距离貝有儿米, 所以对它的藏用也大太有所限制。由于超声波具有可以定向发射、强度容易控 刮和不需要直接接触测量物体的优点,所以可作为液体高度谢量、目前国内的曲 制造的超声波测距集成电路的测量精度只达到厘米级,这还不能满足精密的液 位测量,通过大量研咒分析,发现超声波测距产坐误差的原因,我国设计的高 精度赶声波测距仪精度是可以能达到毫米级的图, 根据超声波测距公式=(×T,可知产生的的误差主要是由于超声波的传播 速度的测量误差和测量距离传插的时间误差。

2.4超声波在医学诊新中的应用

1942年奥地利医生首次在医学上利用了超声技术进行人体脑部结构的扫]描,直 方十年代,开始用于人体腹部器官的扫描探测。目前,超声波诊断根据 不间的成像原理,分为A型、B型、M型、D型超声波四人类。其中A型超声波 也称为超点示或诚诊断,最早在医学上应的,现在已经很少在用了,它是通过 波和显主治特的种方法,主要用于测量肝、胆,脾等器官的径线,以 大小型超声波是通过垩面图形的形式来反映探查组织的一些情况 由用然科法出敏直观,可重复性强,可以前后进行对比,所以在医学上应用 嘴用改产秤、消北条统、心血管及泌标系统的诊源,它在检点时部完将人体首的反制信写转为一些明不同的光点,光点通过光所 示出来型起声主速用观察活动的界面方法,在医学上常用开粒查心 的跳动和对大血管病的断,把这些跳动用曲线形式表示出来称为超声心 图,从而达到观察心各层结构的位置和活动状态的目的,D型超声就也称 为书物声诊断,专门用于检测血液流动情况和各个器官活动的讼断方法 从可以看出血管是不是通畅,官腔有无猴和春,随着科技的发展D型超 蔗波也在更新,新式D型超再被还能测定血液的流 其中加入了彩色编码多 普勒系统统,可以用不同的颜色显示血流的方向,颜色的深浅现实血流的速度 除了这些现在还有立体超声显像超声内窥镜和C等疾病辅助诊断技木,从而 使疾病的论断准确率得到提尚 目超声诊断正间三维方向发展,在怀体期的检测、腹部和胸部肿和 港肌等上都可以得到比较直观的立体图像。随着科学技术的发展,超声波 技术在医学界也发挥着饿大的作用,科学在不断进步,超声技术会更加完善 更好的服务于人类社会 。

2.5超声波在生物技术领域的应用

超声波技术在生物学领域的应用也很广泛,其中超声波的生物学效应在生 物技术中的应用意义尤为重大,下面两点进行介隔 z.5用于培养液和药物的雾化 超声波雾化主要利用电子的高频荡实现,振荡频率L4Mmz或 对于培养液和药物雾化主要利月水中空效,由于水中的穴发生 剧烈的撞,在啬温、高藤的作用下会出现高压水流,如果穴的烈碰撞 发生在水和空气的接触面,劁空宾周围的水粉就会碎成小的微粒,从面形成 水,从水中灌H日智生活中如气加跟器,药物的雾化器咽雾化植物塔 养等都得到了」天的应非,由于水培植物的供养和营养液的循杯装置需求都释 在围难,以应川超声波便营养达削雾化,进行室内栏基质培养或气培植物, 解决了这一困难 高种子的发芽军和透传物质的转化率 「超声波的生物效,在农作物样产及沙地绿化等后面有着重要的用途, 赶神波理的科,炫薩率利子的成捐率都有所改,明以提高作物 樹和草m成活奉,正是因为这样,明以起波的生生物学效应,在农作作物 的增神?排需方面有很大国。如用声波水溶莉黑皮冬瓜种看 行处把社程发试,结果发处理后促进了果求种案的期 理败力目用处处用时松,运你林根和以 种的播择质据种的和:超声不仪可以植 经过超声波的处理可增加鱼 化率与出鱼苗的成活率叫可使细胞通透性增加,利于胞内外物质扩胶 从而利于遗传物质的转化用化药物的治疗和释放胞内代谢等文献报道 超液处理可修复外植体上的微小伤口达到提高农杆和外植体的接触 根,使外植体的进传物质转化率提高 。超声波在军事领城的应用 超声波传播的直线型被泛应用在在军因此司以通过定向发射,然后接 收其皮射回来的波来确目标位置,声纳就是利用这种原理进行主作的,可 用它来确定群或者水下目标的方使,也可以通过超声波扫描来获取海底地 「形地貌和敌方目标的潜艇等,在令年搜寻得航失联容机加H370的行动中,用到 的装备“蓝族金枪鱼”就是利用超声泼扫描对海成进行探测,以确定失联客机 量的大方位,在现代科技归虽然主要应用雷达进行目标的探测,但是水中依然 用声纳进行探测,主要原因是海水本身导电性好,所以对电磁波的吸收能力 很强,雷达探测不到水下的作战目标和其体位冒,超声液在空气中衰减速度 比在固体和液体中快得多,正好和电波相反,种种限制下使得声纳技术的优 势得以显现出来。还有方面就是海水的比热容大,吸收热量的能为较强,因 此红外线技术在水下探謝中就完全丧失了作用,海水本身透光性差,吸收光的 龍为很强是通过光营设备进行目标的监渊和搜寻也是不切实际的,这也使 得声纳技术在军事领域古据有不可动摇的地恼

3,结束语

超声学已经有100多的发展了,它是自应用性很强的学科超声学在 各个颔域都有应用,在国、工农业、医学等领域。它不断借鉴电子学 材料科学.光学固体物理等其他学科的内容,而使自己更加丰富。