超聲波的特性及其應用特點

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，當射線透過一種物質(zhì)進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?當聲波抵達某一物質(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物質(zhì)足夠大的功率。

4.超聲波的聲壓特性

當聲波通入某物體時,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用。

超聲波的應用具有以下的特性：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用場所是主要的思索要素。頻率高時，相應地波長將變短，因此波長可與傳播超聲波的試樣資料的尺寸相比較，以至波長可遠小于試樣資料的尺寸。

這在厚度尺寸很小的丈量應用中以及在高分辨率的探傷應用中是十分重要的。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。