什么是超声波，各种频段的声波是什么样子的？大家先来听听20hz--20khz频率的声音？
各个频率超声波的声音播放，超声波音频文件
超声波最早被人类发现是在1793年由意大利科学家斯帕拉捷在蝙蝠身上发现其存在,随后的30多年里人们进行了有关超声波的产生机理方面的大量研究,直到1830年F·Savar用齿轮产生24×104HZ的超声,首次实现了人类在人工控制下超声波的产生,开启了超声历史的新纪元,其他新技术如压电效应与逆压电效应的发现大大推动了超声波的快速发展,在随后的60年间世界各地区有关超声技术的研究不断的取得突破性成果,20世纪的40年代超声技木开始应用于临床邸疗方面,这也同样推动了人类医疗事业的发展,有关超声波在医学方面的应用与研究取得突破性进展,国际间也有过许多的交流与合作,共同推动了超声科技的发展和进步。
总而言之,我们国内的超声学研究取得了长足发展,有些领域已走在国际水平的前列。超声技术是20世纪发展起来的高新技术,是一门集物理、电子、机械及材料学为基础的多学科交叉的边缘科学,其应用跨涉多个行业领域。
1.超声波基本原理及传播特点
1.1什么是超声波
超声波是指频率高于20000Hlz的一种人无法听见的声波,由于人耳的听觉频率范围在20赫兹和200000赫兹之间,若声音的振动频率高于20000z人耳就无法听到,因此习惯上把频率高于2000赫兹的声波称为超声波3,当然低于20赫兹的也不在我们的听觉范围内,属于次声波,超声波是一种机械波,机械振动与波动是超声波探伤的物理基础,超声波也届于声波家族中的一员,它与平常听到的声音的本质是一样的,其共同的特点是都属于机械振动,属于能量和动量之间的一种传播形式,在弹性介质内常常以纵波的形式传播,它们之间不同点在于超声的频率高,波长较短所以说超声波的衍射能力不是很强,在介质一定密度不变的情况下,超声波能通常的障碍物都会比超声波的波长大很多够沿着波的方向一致沿直线传波,超声波的波长相对来说越短的話,直射能力就越好,在一定距离范围内可沿直线传播,具有非常好的束射性与方向性。
1.2超声波的基本原理
1.2.1压电效应及脉冲超声波的产生
部分固体受到压力或者拉力时,将会产生形变导致使物质发生极化,并且在物质的表面产生正负束缚电荷的现象叫作压电效应。物质本身的压电效应和它的本身内部结构有关,例如石英晶体,它的化学成分为SiO2,可将其看作是由正4价的Si离子和负2价O离子组成,石英晶体的分子中两种离子可形成规整的六角形排列。如下图所示,三个正原子形成一个向右的正三角形,正电中心可看作在三角形的重心处。同上述方法,三个带负电的原子对将组成一个向左的三角形,其负电中心也同样在三角形的重心上,若晶体不受力时,两个三角形重心重合,六角形单元呈电中性,同时整个晶体也呈电中性。
石英品体的压电效应
2.2超声波的波形
超声波在本质上与普通的声波是一致的,其许多的传播规律和传播特性具有相同的传播特点,两者都是因频率而划定界限,因此携带的能量也不同,大体上存在以下三种波形:纵波波形是当传播媒质中各点振动的方向和超声波的传播方向平行时,该波形被称作纵波波形,纵波是质点的振动方向与传插方向平行的波,任何固体介质当其体积发生交替变化时均能产生纵波,纵波在固体、液体和气体中都可以他播横波波媵是当传播媒质中各点振动向称的传播方向垂直时,该超声波破称横波波形,横波也称世凸波,是质点的动方向与波的传播方向重直,由于煤质除了能小捉体根变巧外,横波的产生需悲剪切应力交替作用在物体如地震波横波的产生就需要行于地表的力即剪切应力的交替作用。
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本身的特点离不开的性质决定其用途,与普通声波相比,
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内沿着直线传播,在遇到障碍物时会发生反；
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,大功率的超声波简称功率超声
(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空化作用,
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,导致其产声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、医疗,科技创新、农业等许多领域得到了重要的应用；
2超声波的应用
超声波在农业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
2.3超声波测距
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。
2.5超声波在生物技术领域的应用
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。