超聲波的作用

玻璃零件.玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻煩事,如果把這些物品放入清洗液中,再通入超聲波,清洗液的劇烈振動沖擊物品上的污垢,能夠很快清洗干凈. 雖然說人類聽不出超聲波，但不少動物卻有此本領。它們可以利用超聲波“導航”、追捕食物，或避開危險物。大家可能看到過夏天的夜晚有許多蝙蝠在庭院里來回飛翔，它們?yōu)槭裁丛跊]有光亮的情況下飛翔而不會迷失方向呢？原因就是蝙蝠能發(fā)出2～10萬赫茲的超聲波，這好比是一座活動的“雷達站”。蝙蝠正是利用這種“聲吶”判斷飛行前方是昆蟲，或是障礙物的。而雷達的質量有幾十,幾百,幾千千克,,而在一些重要性能上的精確度.抗干擾能力等,蝙蝠遠優(yōu)與現(xiàn)代無線電定位器.深入研究動物身上各種器官的功能和構造,將獲得的知識用來改進現(xiàn)有的設備,這是近幾十年來發(fā)展起來的一門新學科,叫做仿生學. 我們人類直到世界大戰(zhàn)才學會利用超聲波，這就是利用“聲吶”的原理來探測水中目標及其狀態(tài)，如潛艇的位置等。此時人們向水中發(fā)出一系列不同頻率的超聲波，然后記錄與處理反射回聲，從回聲的特征我們便可以估計出探測物的距離、形態(tài)及其動態(tài)改變。醫(yī)學上較早利用超聲波是在1942年，奧地利醫(yī)生杜西克用超聲技術掃描腦部結構；以后到了60年代醫(yī)生們開始將超聲波應用于腹部器官的探測。如今超聲波掃描技術已成為現(xiàn)代醫(yī)學診斷不可缺少的工具。 聲吶與雷達的區(qū)別 聲吶通過超聲波 雷達通過無線電波 醫(yī)學超聲波檢查的工作原理與聲納有相似性，即將超聲波發(fā)射到人體內，當它在體內遇到界面時會發(fā)生反射及折射，并且在人體組織中可能被吸收而衰減。因為人體各種組織的形態(tài)與結構是不相同的，因此其反射與折射以及吸收超聲波的程度也就不同，醫(yī)生們正是通過儀器所反映出的波型、曲線，或影象的特征來辨別它們。此外再結合解剖學知識、正常與病理的改變，便可診斷所檢查的器官是否有病。 目前，醫(yī)生們應用的超聲診斷方法有不同的形式，可分為A型、B型、M型及D型四大類。 A型：是以波形來顯示組織特征的方法，主要用于測量器官的徑線，以判定其大小?？捎脕龛b別病變組織的一些物理特性，如實質性、液體或是氣體是否存在等。 B型：用平面圖形的形式來顯示被探查組織的具體情況。檢查時，首先將人體界面的反射信號轉變?yōu)閺娙醪煌墓恻c，這些光點可通過熒光屏顯現(xiàn)出來，這種方法直觀性好，重復性強，可供前后對比，所以廣泛用于婦產科、泌尿、消化及心血管等系統(tǒng)疾病的診斷。 M型：是用于觀察活動界面時間變化的一種方法。檢查心臟的活動情況，其曲線的動態(tài)改變稱為超聲心動圖，可以用來觀察心臟各層結構的位置、活動狀態(tài)、結構的狀況等，多用于輔助心臟及大血管疫病的診斷。 D型：是專門用來檢測血液流動和器官活動的一種超聲診斷方法，又稱為多普勒超聲診斷法?？纱_定血管是否通暢、管腔有否狹窄、閉塞以及病變部位。新一代的D型超聲波還能定量地測定管腔內血液的流量。近幾年來科學家又發(fā)展了彩色編碼多普勒系統(tǒng)，可在超聲心動圖解剖標志的指示下，以不同顏色顯示血流的方向，色澤的深淺代表血流的流速?，F(xiàn)在還有立體超聲顯象、超聲CT、超聲內窺鏡等超聲技術不斷涌現(xiàn)出來，并且還可以與其他檢查儀器結合使用，使疾病的診斷準確率大大提高。超聲波技術正在醫(yī)學界發(fā)揮著巨大的作用，隨著科學的進步，它將更加完善，將較好地造福于人類。 研究超聲波的產生、傳播 、接收，以及各種超聲效應和應用的聲學分支叫超聲學。產生超聲波的裝置有機械型超聲發(fā)生器（例如氣哨、汽笛和液哨等）、利用電磁感應和電磁作用原理制成的電動超聲發(fā)生器、 以及利用壓電晶體的電致伸縮效應和鐵磁物質的磁致伸縮效應制成的電聲換能器等。 超聲效應 當超聲波在介質中傳播時，由于超聲波與介質的相互作用，使介質發(fā)生物理的和化學的變化，從而產生 一系列力學的、熱學的、電磁學的和化學的超聲效應，包括以下4種效應： ①機械效應。超聲波的機械作用可促成液體的乳化、凝膠的液化和固體的分散。當超聲波流體介質中形成駐波時 ,懸浮在流體中的微小顆粒因受機械力的作用而凝聚在波節(jié)處，在空間形成周期性的堆積。超聲波在壓電材料和磁致伸縮材料中傳播時，由于超聲波的機械作用而引起的感生電極化和感生磁化（見電介質物理學和磁致伸縮）。 ②空化作用。超聲波作用于液體時可產生大量小氣泡 。一個原因是液體內局部出現(xiàn)拉應力而形成負壓，壓強的降低使原來溶于液體的氣體過飽和，而從液體逸出，成為小氣泡。另一原因是強大的拉應力把液體“撕開”成一空洞，稱為空化?？斩磧葹橐后w蒸氣或溶于液體的另一種氣體，甚至可能是真空。因空化作用形成的小氣泡會隨周圍介質的振動而不斷運動、長大或突然破滅。破滅時周圍液體突然沖入氣泡而產生高溫、高壓，同時產生激波。與空化作用相伴隨的內摩擦可形成電荷，并在氣泡內因放電而產生現(xiàn)象。在液體中進行超聲處理的技術大多與空化作用有關。 ③熱效應。由于超聲波頻率高，能量大，被介質吸收時能產生顯著的熱效應。 ④化學效應。超聲波的作用可促使發(fā)生或加速某些化學反應。例如純的蒸餾水經超聲處理后產生過氧化氫；溶有氮氣的水經超聲處理后產生亞硝酸；染料的水溶液經超聲處理后會變色或退色。這些現(xiàn)象的發(fā)生總與空化作用相伴隨。超聲波還可加速許多化學物質的水解、分解和聚合過程。超聲波對光化學和電化學過程也有明顯影響。各種氨基酸和其他有機物質的水溶液經超聲處理后，特征吸收光譜帶消失而呈均勻的一般吸收，這表明空化作用使分子結構發(fā)生了改變 。 超聲應用 超聲效應已廣泛用于實際，主要有如下幾方面： ①超聲檢驗。超聲波的波長比一般聲波要短，具有較好的方向性，而且能透過不透明物質，這一特性已被廣泛用于超聲波探傷、測厚、測距、遙控和超聲成像技術。超聲成像是利用超聲波呈現(xiàn)不透明物內部形象的技術 。把從換能器發(fā)出的超聲波經聲透鏡聚焦在不透明試樣上，從試樣透出的超聲波攜帶了被照部位的信息（如對聲波的反射、吸收和散射的能力），經聲透鏡匯聚在壓電接收器上，所得電信號輸入放大器，利用掃描系統(tǒng)可把不透明試樣的形象顯示在熒光屏上。上述裝置稱為超聲顯微鏡。超聲成像技術已在醫(yī)療檢查方面獲得普遍應用，在微電子器件制造業(yè)中用來對大規(guī)模集成電路進行檢查，在材料科學中用來顯示合金中不同組分的區(qū)域和晶粒間界等。聲全息術是利用超聲波的干涉原理記錄和重現(xiàn)不透明物的立體圖像的聲成像技術，其原理與光波的全息術基本相同，只是記錄手段不同而已（見全息術）。用同一超聲信號源激勵兩個放置在液體中的換能器，它們分別發(fā)射兩束相干的超聲波：一束透過被研究的物體后成為物波，另一束作為參考波。物波和參考波在液面上相干疊加形成聲全息圖，用激光束照射聲全息圖，利用激光在聲全息圖上反射時產生的衍射效應而獲得物的重現(xiàn)像，通常用攝像機和電視機作實時觀察。 ②超聲處理。利用超聲的機械作用、空化作用、熱效應和化學效應，可進行超聲焊接、鉆孔、固體的粉碎、乳化 、脫氣、除塵、去鍋垢、清洗、滅菌、促進化學反應和進行生物學研究等，在工礦業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療等各個部門獲得了廣泛應用。 ③基礎研究。超聲波作用于介質后，在介質中產生聲弛豫過程，聲弛豫過程伴隨著能量在分子各自電度間的輸運過程，并在宏觀上表現(xiàn)出對聲波的吸收（見聲波）。通過物質對超聲的吸收規(guī)律可探索物質的特性和結構，這方面的研究構成了分子聲學這一聲學分支。普通聲波的波長遠大于固體中的原子間距，在此條件下固體可當作連續(xù)介質 。但對頻率在1012赫以上的 特超聲波 ，波長可與固體中的原子間距相比擬，此時***把固體當作是具有空間周期性的點陣結構。點陣振動的能量是量子化的 ，稱為聲子（見固體物理學）。特超聲對固體的作用可歸結為特超聲與熱聲子、電子、光子和各種準粒子的相互作用。對固體中特超聲的產生、檢測和傳播規(guī)律的研究，以及量子液體——液態(tài)氦中聲現(xiàn)象的研究構成了近代聲學的新領域—— 聲波是屬于聲音的類別之一，屬于機械波，聲波是指人耳能感受到的一種縱波，其頻率范圍為16Hz-20KHz。當聲波的頻率低于16Hz時就叫做次聲波，高于20KHz則稱為超聲波聲波。 超聲波具有如下特性： 1） 超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質中有效傳播。 2） 超聲波可傳遞很強的能量。 3） 超聲波會產生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象。 4） 超聲波在液體介質中傳播時，可在界面上產生強烈的沖擊和空化現(xiàn)象。 超聲波是聲波大家族中的一員。 聲波是物體機械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動是指物質的質點在其平衡位置附近進行的往返運動。譬如，鼓面經敲擊后，它就上下振動，這種振動狀態(tài)通過空氣媒質向四面八方傳播，這便是聲波。 超聲波是指振動頻率大于20KHz以上的，人在自然環(huán)境下無法聽到和感受到的聲波。 超聲波治療的概念： 超聲治療學是超聲醫(yī)學的重要組成部分。超聲治療時將超聲波能量作用于人體病變部位，以達到治療疾患和促進機體康復的目的。