超聲波的特性及其應(yīng)用特點

超聲波顧名思義，超過常規(guī)聲波的聲波。聲波是指人耳能感受到的一種縱波，其頻率范圍為16Hz-20KHz。當(dāng)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。

超聲波特性有四個方面：

1）超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播。

2）超聲波可傳遞很強的能量。

3）超聲波會產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象。

4）超聲波在液體介質(zhì)中傳播時，可在界面上產(chǎn)生強烈的沖擊和空化現(xiàn)象。

1.束射特性

由于超聲波的波長短，超聲波射線能夠和光線一樣，可以反射、折射，也能聚焦，而且，恪守幾何光學(xué)上的定律。即超聲波射線從一種物質(zhì)外表反射時，入射角等于反射角，當(dāng)射線透過一種物質(zhì)進(jìn)入另一種密度不同的物質(zhì)時就會產(chǎn)生折射，也就是要改動它的傳插方向，兩種物質(zhì)的密度差異愈大，則折射也愈大。

2.吸收特性

聲波在各種物質(zhì)中傳播時，隨著傳播間隔的增加，強度會漸進(jìn)削弱，這是由于物質(zhì)要吸收掉它的能量。關(guān)于同一物質(zhì)，聲波的頻率越高，吸收越強。關(guān)于一個頻率一定的聲波，在氣體中傳播時吸收最厲害，在液體中傳播時吸收比較弱，在固體中傳播時吸收最小。

3.超聲波的能量傳送特性

超聲波之所以在各個工業(yè)部門中有普遍的應(yīng)用，主要還在于比聲波具有強大得多的功率。為什么有強大的功率呢?當(dāng)聲波抵達(dá)某一物質(zhì)中時，由于聲波的作用使物質(zhì)中的分子也跟著振動，振動的頻率和聲波頻率―樣，分子振動的頻率決定了分子振動的速度。頻率愈高速度愈大。

物質(zhì)分子振動所取得的能量除了與分子的質(zhì)量有關(guān)外，還由分子的振動速度的平方?jīng)Q定,所以假如聲波的頻率愈高，也就是物質(zhì)分子愈能得到更高的能量、超聲波的頻率比聲波能夠高很多，所以它能夠使物資分子取得很大的能量；換句話說，超聲波自身能夠供應(yīng)物質(zhì)足夠大的功率。

4.超聲波的聲壓特性

當(dāng)聲波通入某物體時,由于聲波振動使物質(zhì)分子產(chǎn)生緊縮和稠密的作用，將使物質(zhì)所受的壓力產(chǎn)生變化。由于聲波振動惹起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。

由于超聲波所具有的能量很大，就有可能使物質(zhì)分子產(chǎn)生顯著的聲壓作用。例如當(dāng)水中經(jīng)過普通強度的超聲波時，產(chǎn)生的附加壓力可以抵達(dá)好幾個大氣壓力。液體中存在著如此龐大的聲壓作用，就會引起值得留意的現(xiàn)象。當(dāng)超聲波振動使液體分子緊縮時，好象分子遭到來直四面八方的壓力；

當(dāng)超聲波振動使液體分子稠密時，好象遭到向外散開的拉力，關(guān)于液體，它們比較受得住附加壓力的作用，所以在遭到緊縮力的時候，不大會產(chǎn)生反常情形。但是在拉力的作用下，液體就會支持不了，在拉力集中的中央，液體就會斷裂開來，這種斷裂作用特別容易發(fā)作在液體中存在雜質(zhì)或氣泡的中央，由于這些中央液體的強度特別低，也就特別經(jīng)受不起幾倍于大氣壓力的拉力作用。

由于發(fā)作斷裂的結(jié)果，液體中會產(chǎn)生許多氣泡狀的小空腔，這種空泡存在的時間很短，一瞬時就會閉合起來。空腔閉合的時候會產(chǎn)生很大的瞬時壓力，普通可以抵達(dá)幾千以致幾萬個大氣壓力。液體在這種強大的瞬時壓力作用下，溫度會驟然增高。斷裂作用所引起的互大瞬時壓力，可以使懸浮在液體中的固體表面遭到急劇破壞。我們常稱之為空化現(xiàn)象。超聲波清洗機就是一個典型的應(yīng)用。

超聲波的應(yīng)用具有以下的特性：超聲波具有較好的指向性――頻率越高，指向性越強。這在諸如探傷和水下聲通訊等應(yīng)用場所是主要的思索要素。頻率高時，相應(yīng)地波長將變短，因此波長可與傳播超聲波的試樣資料的尺寸相比較，以至波長可遠(yuǎn)小于試樣資料的尺寸。

這在厚度尺寸很小的丈量應(yīng)用中以及在高分辨率的探傷應(yīng)用中是十分重要的。聲波用起來很安靜，人們聽不到它。這一點在高強度工作場所尤為重要。這些高強度的工作用可聞頻率的聲波來完成時常常更有效，但是遺憾的是，可聞聲波工作時所產(chǎn)生的噪聲令人難以忍耐，有時以至是對人體有害的。