超聲波

超聲波是頻率高于20000Hz的聲波，它方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠，可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。在醫學、軍事、工業、農業上有很多的應用。超聲波因其頻率下限大約等于人的聽覺上限而得名。

超聲波的特點

超聲波在傳播時，方向性強，能量易于集中。

超聲波能在各種不同媒質中傳播，且可傳播足夠遠的距離。

超聲波與傳聲媒質的相互作用適中，易于攜帶有關傳聲媒質狀態的信息診斷或對傳聲媒質產生效。

超聲波的主要參數

頻率：F≥20kHz（在實際應用中因為效果相似，通常把F≥15kHZ的聲波也稱為超聲波）。

功率密度：p=發射功率（W）/發射面積（cm2）；通常p≥0.3W/cm2。

超聲波的空化現象

超聲波振動在液體中傳播的音波壓強達到一個大氣壓時，其功率密度為0.35W/cm2，這時超聲波的音波壓強峰值就可達到真空或負壓，但實際上無負壓存在，因此在液體中產生一個很大的壓力，將液體分子拉裂成空洞一空化核。此空洞非常接近真空，它在超聲波壓強反向達到最大時破裂，由于破裂而產生的強烈沖擊將物體表面的污垢撞擊下來。這種由無數細小的空化氣泡破裂而產生的沖擊波現象稱為“空化”現象。

超聲波發展史——國際國內

自19世紀末到20世紀初，在物理學上發現了壓電效應與反壓電效應之后，人們解決了利用電子學技術產生超聲波的辦法，從此迅速揭開了發展與推廣超聲技術的歷史篇章。

1922年，德國出現了首例超聲波治療的發明專利。

1939年，發表了有關超聲波治療取得臨床效果的文獻報道。

1949年，召開的第一次國際醫學超聲波學術會議上，超聲治療方面的論文交流，為超聲治療學的發展奠定了基礎。

1956年，第二屆國際超聲醫學學術會議上已有許多論文發表，超聲治療進入了實用成熟階段。

國內在超聲治療領域起步稍晚，于20世紀50年代初有少數醫院開展超聲治療工作，從1950年首先在北京開始用800kHz頻率的超聲治療機治療多種疾病，至50年代開始逐步推廣，并有了國產儀器。公開的文獻報道始見于1957年。到了70年代有了各型國產超聲治療儀，超聲療法普及到全國各大型醫院。

20世紀80年代初出現的超聲體外機械波碎石術和超聲外科，是結石癥治療史上的重大突破。如今已在國際范圍內推廣應用。高強度聚焦超聲無創外科，已使超聲治療在當代醫療技術中占據重要位置。

超聲波的應用

超聲波在工業中的應用

a.超聲波測量流量

b.超聲波金屬焊接與超聲波塑料焊接

c.超聲波無損探傷

d.超聲波鉆孔

e.超聲波乳化

f.超聲波清洗

超聲波在醫學中的應用

a.超聲波診斷

b.超聲波治療

超聲波在生物學上的應用

a.超聲波處理冬小麥、在適宜的處理范圍內可以提高小麥的發芽率、出苗率、提高產量

b.超聲波處理某些中草藥種子有顯著的效果

c.超聲誘變劑

超聲波在其他領域的應用

a.超聲波催化

b.超聲波空化腐蝕

c.超聲波測溫

簡 述：超聲診斷是將超聲檢測技術應用于人體，通過測量了解生理或組織結構的數據和形態，發現疾病，作出提示的一種診斷方法。

原 理：向人體發射超聲波，同時接受體內臟器的反射波，將所攜信息反映在屏幕上。

組件構成：發射器、掃查器、接收儀、信號處理器和顯示等。

簡 述：超聲波清洗是利用超聲波在液體中的空化作用、加速度作用及直進流作用對液體和污物直接、間接的作用，使污物層被分散、乳化、剝離而達到清洗目的。

原 理：超聲波由于頻率高、波長短，因而傳播的方向性好、穿透能力強。

組件構成：有超聲電源，換能器，變幅桿，工具頭等。

簡 述：超聲波流量計是通過檢測流體流動對超聲束（或超聲脈沖）的作用以測量流量的儀表。

原 理：超聲波發射換能器將電能轉換為超聲波能量，并將其發射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經電子線路放大并轉換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算，這樣就實現了流量的檢測和顯示。

組成構件：超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統三部分組成。

簡 述：超聲波焊接是利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的物體表面，在加壓的情況下，使兩個物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。

原 理：a.超聲波塑料焊接，超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時，會產生每秒幾萬次的高頻振動，這種達到一定振幅的高頻振動，通過上焊件把超聲能量傳送到焊區，由于焊區即兩個焊接的交界面處聲阻大，因此會產生局部高溫。又由于塑料導熱性差，一時還不能及時散發，聚集在焊區，致使兩個塑料的接觸面迅速熔化，加上一定壓力后，使其融合成一體。b.利用超聲頻率的機械振動能量，連接同種金屬或異種金屬的一種特殊方法。金屬在進行超聲波焊接時，既不向工件輸送電流，也不向工件施以高溫熱源，只是在靜壓力之下，將框框振動能量轉變為工件間的摩擦功、形變能及有限的溫升。接頭間的冶金結合是母材不發生熔化的情況下實現的一種固態焊接。

組成構件：超聲波發生器，換能器/變幅桿/焊頭三聯組，模具和機架。