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| 超聲 | |
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超聲，是一種頻率高於20000赫茲的聲波，它的方向性好，穿透能力強，易於獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠，可用於測距、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於人的聽覺上限而得名。
科學家們將每秒鐘振動的次數稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲(Hz)。我們人類耳朵能聽到的聲波頻率為20Hz-20000Hz。因此，我們把頻率高於20000赫茲的聲波稱為"超聲波"。通常用於醫學診斷的超聲波頻率為1兆赫茲-30兆赫茲。
理論研究表明，在振幅相同的條件下，一個物體振動的能量與振動頻率成正比，超聲波在介質中傳播時，介質質點振動的頻率很高，因而能量很大.在中國北方乾燥的冬季，如果把超聲波通入水罐中，劇烈的振動會使罐中的水破碎成許多小霧滴，再用小風扇把霧滴吹入室內，就可以增加室內空氣濕度，這就是超聲波加濕器的原理。
如咽喉炎、氣管炎等疾病，很難利用血流使藥物到達患病的部位，利用加濕器的原理，把藥液霧化，讓病人吸入，能夠提高療效。利用超聲波巨大的能量還可以使人體內的結石做劇烈的受迫振動而破碎，從而減緩病痛，達到治癒的目的。超聲波在醫學方面應用非常廣泛，可以對物品進行殺菌消毒。
基本簡介
超聲波是頻率高於20000赫茲的聲波，在實際應用中又分為功率超聲波及檢測超聲波。它方向性好，穿透能力強，易於獲得較集中的聲能，在密度較大的固體及液體中傳播距離遠，可用於測距、工業探傷、醫用B超聲、清洗、焊接、鑽孔、碎石、殺菌消毒等。
科學家們將每秒鐘振動的次數稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲(Hz)。我們人類耳朵能聽到的聲波頻率為20Hz～20000Hz。當聲波的振動頻率小於20Hz或大於20000Hz時，我們便聽不見了。因此，我們把頻率高於20000赫茲的聲波稱為「超聲波」。通常用於醫學診斷的超聲波頻率為1兆赫茲～10兆赫茲。
理論研究表明，在振幅相同的條件下，一個物體振動的能量與振動頻率成正比，超聲波在介質中傳播時，介質質點振動的頻率很高，因而能量很大.在中國北方乾燥的冬季，如果把超聲波通入水罐中，劇烈的振動會使罐中的水破碎成許多小霧滴，再用小風扇把霧滴吹入室內，就可以增加室內空氣濕度，這就是超聲波加濕器的原理。如咽喉炎、氣管炎等疾病，很難利用血流使藥物到達患病的部位，利用加濕器的原理，把藥液霧化，讓病人吸入，能夠提高療效。利用超聲波巨大的能量還可以使人體內的結石做劇烈的受迫振動而破碎，從而減緩病痛，達到治癒的目的。超聲波在醫學方面應用非常廣泛，像現在的彩超、B超、碎石（例如膽結石、腎結石、祛眼袋 之類）,還能破壞細菌結構，對物品進行殺菌消毒。
產生方式
聲波是物體機械振動狀態（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形式。譬如，鼓面經敲擊後，它就上下振動，這種振動狀態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於20000Hz以上的，其每秒的振動次數（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的一般上限（20000Hz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲和可聞聲本質上是一致的，它們的共同點都是一種機械振動模式，通常以縱波的方式在彈性介質內會傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點是超聲波頻率高，波長短，在一定距離內沿直線傳播具有良好的束射性和方向性，目前腹部超聲成象所用的頻率範圍在 2~5兆Hz之間，常用為3~3.5兆Hz（每秒振動1次為1Hz，1兆Hz=10^6Hz,即每
秒振動100萬次，可聞波的頻率在16－20，000HZ 之間）。
超聲波在媒質中的反射、折射、衍射、散射等傳播規律，與可聽聲波的規律沒有本質上的區別。但是超聲波的波長很短，只有幾厘米，甚至千分之幾毫米。與可聽聲波比較，超聲波具有許多奇異特性：傳播特性──超聲波的波長很短，通常的障礙物的尺寸要比超聲波的波長大好多倍，因此超聲波的衍射本領很差，它在均勻介質中能夠定向直線傳播，超聲波的波長越短，該特性就越顯著。功率特性──當聲音在空氣中傳播時，推動空氣中的微粒往復振動而對微粒做功。聲波功率就是表示聲波做功快慢的物理量。在相同強度下，聲波的頻率越高，它所具有的功率就越大。
由於超聲波頻率很高，所以超聲波與一般聲波相比，它的功率是非常大的。空化作用──當超聲波在液體中傳播時，由於液體微粒的劇烈振動，會在液體內部產生小空洞。這些小空洞迅速脹大和閉合，會使液體微粒之間發生猛烈的撞擊作用，從而產生幾千到上萬個大氣壓的壓強。微粒間這種劇烈的相互作用，會使液體的溫度驟然升高，起到了很好的攪拌作用，從而使兩種不相溶的液體（如水和油）發生乳化，且加速溶質的溶解，加速化學反應。這種由超聲波作用在液體中所引起的各種效應稱為超聲波的空化作用。
頻率高於2×10千赫茲的聲波。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製成的電動超聲發生器、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製成的電聲換能器等。
主要參數
超聲波的兩個主要參數：
頻率：F≥20KHz（在實際應用中因為效果相似，通常把F≥15K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; 在液體中傳播的超聲波能對物體表面的污物進行清洗，其原理可用「空化」現象來解釋：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，由於破裂而產生的強烈衝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衝擊波現象稱為「空化」現象。太小的聲強無法產生空化效應。
主要作用
超聲波清洗原理
清洗的超聲波應用原理是由超聲波發生器發出的高頻振盪信號，通過換能器轉換成高頻機械振盪而傳播到介質，清洗溶劑中超聲波在清洗液中疏密相間的向前輻射，使液體流動而產生數以萬計的微小氣泡，存在於液體中的微小氣泡（空化核）在聲場的作用下振動，當聲壓達到一定值時，氣泡迅速增長，然後突然閉合，在氣泡閉合時產生衝擊波，在其周圍產生上千個大氣壓力，破壞不溶性污物而使它們分散於清洗液中，當團體粒子被油污裹着而粘附在清洗件表面時，油被乳化，固體粒子即脫離，從而達到清洗件表面淨化的目的。
醫學
醫學超聲波檢查的工作原理與聲納有一定的相似性，即將超聲波發射到人體內，當它在體內遇到界面時會發生反射及折射，並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，醫生們正是通過儀器所反映出的波型、曲線，或影象的特徵來辨別它們。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徵的方法，主要用於測量器官的徑線，以判定其大小。可用來鑑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為強弱不同的光點，這些光點可通過熒光屏顯現出來，這種方法直觀性好，重複性強，可供前後對比，所以廣泛用於婦產科、泌尿、消化及心血管等系統疾病的診斷。
M型：是用於觀察活動界面時間變化的一種方法。最適用於檢查心臟的活動情況，其曲線的動態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、結構的狀況等，多用於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。可確定血管是否通暢、管腔是否狹窄、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展了彩色編碼多普勒系統，可在超聲心動圖解剖標誌的指示下，以不同顏色顯示血流的方向，色澤的深淺代表血流的流速。現在還有立體超聲顯象、超聲CT、超聲內窺鏡等超聲技術不斷湧現出來，並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。超聲波技術正在醫學界發揮着巨大的作用，隨着科學的進步，它將更加完善，將更好地造福於人類。
英國雪菲爾大學的科學家們，在實驗室用罹糖尿病且衰老的老鼠為受試者，採用低強度超音波治療創傷，結果發現：超音波能成功的促使身體癒合因子移動至傷口床，並發揮作用，且將原本需要的 9 天癒合期縮減為 6 天。同時也減少感染率。但老鼠和人體畢竟有區別，其功效仍待進一步的人體試驗。[3]
工業自動化控制
利用聲波反射、衍射、多普勒效應，製造超聲波物位計、超聲波液位計、超聲波流量計等。