超声波技术及应用

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1、超声波原理及应用目录超声波简介超声波的应用自然界中的超声波超声波的类型纵波横波表面波板波表面波表面波主要是指沿介质表面传递，而介质的质点沿椭圆形轨迹振动的波。表面波是一种瑞利波。板波在板厚与波长相当的薄板中传播的波。根据质点的振动方向不同可将板波分为SH波和兰姆波。SH波：水平偏振的横波在薄板中传播的波。薄板中各质点的振动方向平行于板面而垂直于波的传播方向，相当于固体介质表面中的横波。兰姆波：兰姆波又分为对称型和非对称型。对称型兰姆波的特点是薄板中心质点作纵向振动，上下表面质点作椭圆运动、振动相位相反

2、并对称于中心。非对称型兰姆波特点是薄板中心质点作横向振动，上下表面质点作椭圆运动、相位相同。超声波的特点（1）超声波可以在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播超声波可以携带较多的能量超声波的传播具有方向性超声波在界面上会产生折射和反射，而且可能会改变振动模式。超声波在液体中可以产生空化效应超声波具有多普勒效应超声波的特点（2）容易衰减（在液体和固体中衰减较小）传播速度受温度影响在两种不同介质的界面处反射强烈，在许多场合必须使用耦合剂或匹配材料。超声波可以聚焦。超声波的产生机制电磁振动磁致伸缩效应压

3、电效应静电引力其它形式的机械振动超声波效应机械效效应：清洗、加工、抛光声学效应：超声波探测热效应：超声波焊接空化效应：乳化、雾化化学效应：例如纯的蒸馏水经超声处理后产生过氧化氢；溶有氮气的水经超声处理后产生亚硝酸；染料的水溶液经超声处理后会变色或退色。生物效应：加快植物种子发芽超声波的基本作用原理超声波和声波一样，是物质介质中的一种弹性机械波，只是频率不同。人们所能听到的频率上限为10～18kHz。物理学中规定，高于20kHz的是超声波，上限可高至与电磁波的微波区(>10GHz)重叠。但一般认为，对气体

4、是50MHz，对液体固体是500MHz。超声波的产生原理是产生所需频率的电振荡，再转换成机械振荡。超声波热学机理和其他形式的能一样，超声能也会转化为热能。生成热能的多少取决于介质对超声波的吸收所吸收能量大部分或全部将转化为热能，从而导致组织温度升高。这种吸收声能而引起温度升高是稳定的，所以超声波可以在瞬间使内部温度升高，加速有效成分的溶解。超声波机械机制超声波的机械作用主要是辐射压强和超声压强引起的。辐射压强可能引起两种效应：其一是简单的骚动效应；其二是在溶剂和悬浮体之间出现摩擦。这种骚动可使蛋白质变性

5、，细胞组织变形。而辐射压将给予溶剂和悬浮体以不用的加速度，即溶剂分子的速度远大于悬浮体的速度，从而在它们之间产生摩擦，这力量足以断开两碳原子之键，使生物分子解聚。超声波空化作用由于大能量的超声波作用在液体里，当液体处于稀疏状态下时，液体会被撕裂成很多小的空穴，这些空穴一瞬间闭合，闭合时产生瞬间高压，即称为空化效应。这种空化效应可细化各种物质以及制造乳浊液，加速待测物中的有效成分进入溶剂，进一步提取可以增加有效成分提取率。超声波反射折射原理当超声波在密度均匀的介质中传播时，不会发生折射、反射等现象。当其通

6、过不同的介质时，且两介质的交界面大于超声波的波长时，就会在两介质的交界面处发生折射和反射现象。反射声强的大小取决于两介质声阻的差异程度及入射角的大小，当垂直人射时反射声强超声波的应用测量：距离、流速、流量、厚度探测：超声测距、安防探测、医学成像、无损探测、水下声纳、地质勘探、管道检漏、触摸屏雾化：加湿、盆景、园艺、消毒、空化：炼油、乳化清洗：珠宝、首饰、精密零件加工：磨削、钻孔、抛光、焊接美容：按摩、洁齿医疗：结石破碎、医学成像、呼吸医疗马达：相机镜头、微位移控制生物：促进种子发芽化学：加快酒类醇化、加

7、快化学反应速度超声波在制浆造纸工业中的应用纸浆预处理利用超声技术处理纸浆，使之产生机械的打浆效应。研究发现，用超声波处理木浆，具有与机械打浆、精浆相似的效果，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射流对纤维的冲击、剪切作用，使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，而且经超声波处理后，纤维的保水值增大，纤维的可及度和反应性能显著提高。对于含有较多果胶

8、质的纤维，利用超声波进行预处理可以达到很好的脱胶效果。对于合成纤维的表面改性超声波更是起到了很好的作用，可以活化纤维表面，使纤维表面含氧官能团增加，引起纤维表面张力中极性分子增加。研究还发现，超声对纤维。打浆纤维素纤维受超声波处理后解聚，由于高分子化合物与液体之间超声速度差产生摩擦力，使纤维结构破坏。使用超声波处理各种纸浆，使纤维达到润胀，外层剥离，细纤维化，从而增加成纸强度超声波振动筛打浆机超声波在医学诊断中的应用左上为A型，右上为B型，