超声波的应用

超声波的应用技术是一门以物理、电子、机械及材料学为基础的通用技术之一，世界各国均重视对超声波技术在现代军事、医学、生活等领域中的应用研究。超声技术是通过超声波产生、传播及接收的物理过程而完成的，它的应用研究正是结合超声波之独有特性而展开。

一、超声波在军事中的应用

　　超声波基本上是沿直线传播的，可以定向发射。如果渔船载有水下超声波发生器，它旋转着向各个方向发射超声波，超声波遇到鱼群会反射回来，渔船探测到反射波就知道鱼群的位置了。这种仪器叫做声纳。

　　声纳也可以用来探测水中的暗礁、敌人的潜艇，测量海水的深度。在现代高科技术中虽然有用雷达，可以发现数百公里外的敌机;红外线望远镜可以在夜幕中发现隐蔽的敌人;卫星遥感技术可以在数小时内把地球表面整个地扫描一遍;射电天文望远镜可以观察到遥远的宇宙空间。但是为什么在水中却不采用这些先进技术而仍用落后的声纳呢?

　　海水有良好的导电性，对电磁波的吸收能力很强，因而电磁雷达无法探测水下作战目标(如潜水艇)的方位和距离。超声波在空气中衰减较快，而在固体、液体中的衰减却很小，这正好与电磁波相反。这种情况下，超声波雷达——声纳，便可发挥巨大的威力。

　　海水吸热能力太强，红外线技术无用武之地;水的透光能力差，而吸收光的能力却很浓，光学观察设备如望远镜也使不上了。特别是深海中一片漆黑，什么也看不见。探照灯又会暴露自己。而海水的传声能力却比在空气中强得多。声纳技术就应运而生了。声纳机发出一束束不同频率的声音信号，再用特殊设备接受反射信号加以分析，这样就如同安上了蝙蝠的耳朵，周围的情况也就一目了然了。

　　超声雷达还可以探测云层。地面设备向云层发射一束束超声波，根据反射时间可以计算出云层高度。再分析回声的频率变化，根据多普勒效应的原理，可以测出云层在空中漂移的速度。因此，声纳技术在它的特殊领域仍占着不可取代的地位。

二、超声波在医学中的应用

　　超声波探测技术开始应用在医学上始于50年代，英国格拉斯哥的唐纳德医生发现，用超声波脉冲通过孕妇腹壁，可以探测到胎儿的情况。

　　1955年美国人莱斯科尔首次利用超声波观测人的心脏。这项技术不断改进，特别是在使用了微信息处理机后就更趋于完善。到70年代初，终于形成了一套完整的超声回波描记术。现在超声类诊断器种类很多，其中常见的有A型超声波诊断仪、B型超声波诊断仪器、超声心动图仪等。

　　A型超声波诊断仪又称幅度调制型超声仪器。在人体中，水，脂肪和软组织的吸收系数较小，超声束容易穿透，而空气，骨骼和肺组织的吸收系数较大，不容易透过。利用超声波在人体内遇到不同密度组织界面时，部分能量被反射回来形成反射波，根据反射波出现的时间间隔，区分、测量体内不同组织分界面的位置，根据反射波的有无、多少、强度、形态等综合判断疾病。

　　A型超声波诊断仪提供了体内器官的一维信息，不能显示整个器官的形状，故常用来测量界面距离和脏器的厚度，如在眼科中探测眼内异物和眼部肿瘤，判断视网膜剥离的性质，测量眼轴的长度等。如下图，表示其工作原理。

　　B型超声诊断仪的原理与A型超声波诊断仪相同，但回波信号是用光点的形式显示，显示光点的辉度与回波强度成正比，通过超声扫描回波脉冲电信号在荧光屏上显示出断面图像，称为声像图。所以B型超声诊断仪又称断面显像仪。它所显示的图像具有与人体解剖位置直接对应的特点，所以十分直观，使用方便，诊断正确率高。

　　近年来，B型超声显象仪已被用于许多脏器的检查。利用超声多普勒效应来测血流速度的仪器称为多普勒血流仪。由超声发生器发出的超声波通过探头输出进入血管，经血液中红血球的散射回声信号的多普勒频移，可以测量红血球的运动速度，继而得到血流速度。多普勒血流仪可用于了解血液动力学方面的生理病理状况，如心脏运动状况及血管中是否存在栓塞等。

　　利用超声的生物效应来治疗某些疾病，称为超声治疗。利用强度较低的超声波的热效应，机械效应等对疾病部位进行“加热”和机械刺激称为超声理疗，主要包括超声按摩超声针灸及超声热疗。利用较强的超声波的剧烈作用来切断破坏某些组织，则称为超声手术，主要有超声碎石和超声手术刀两种。近年来，利用超声治疗疾病愈来愈广，如利用超声激活血卟啉对S180在体移植性肿瘤细胞进行了研究，估计肿瘤细胞生长抑制率。

三、超声波在生活及服务业中的应用

　　超声波在生活及服务业中的应用主运用于清洗和消毒。日常生产中，眼镜、首饰都可以用超声波进行清洗，速度快，无损伤，大型的宾馆、饭店用它清洗餐具，不仅清洗效果好，还具有杀灭病毒的作用。

　　超声波清洗属物理清洗，把清洗液放入槽内，在槽内作用超声波。由于超声波与声波一样是一种疏密的振动波，在传播过程中，介质的压力作交替变化。在负压区域，液体中产生撕裂的力，并形成真空的气泡。当声压达到一定值时，气泡迅速增长，在正压区域气泡由于受到压力挤破灭、闭合。此时，液体间相互碰撞产生强大的冲击波。虽然位移、速度都非常小，但加速度却非常大，局部压力可达几千个大气压，这就是所谓的空化效应。

　　对于瓶类的清洗，是用超声波清洗技术代替原有的毛刷机，它经过翻转注水、超声清洗、内外冲洗、空气吹干、翻转等流程而实现的。金属零件、玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻烦事。如果在放有这些物品的清洗液中通入超声波，清洗液的剧烈振动冲击物品上的污垢，能够很快清洗干净。

四、超声波在工业上的应用

　　超声波在工业上主要用于检测和测厚。用超声波得到若干信息，获得通信应用，称检测超声。用超声波在介质中的脉冲反射对物体进行厚度测试称超声测厚。检测超声用于超声探测金属、陶瓷混凝土制品，甚至水库大坝，检查内部是否有气泡、空洞和裂纹。

　　超声波测厚是一门成熟的高新技术，它的Z大优点是检测安全、可靠及精度高，而且它可以巡回在运行状态进行检测。超声测厚仪按工作原理分:有共振法、干涉法及脉冲反射法等。

　　由于脉冲反射法并不涉及共振机理，与被测物表面的光洁度关系不密切，所以超声波脉冲法测厚仪是Z受用户欢迎的一种仪表。

　　超声波测厚仪主要有主机和探头两部分组成。主机电路包括发射电路、接收电路、计数显示电路三部分，由发射电路产生的高压冲击波激励探头，产生超声发射脉冲波，脉冲波经介质介面反射后被接收电路接收，通过单片机计数处理后，经液晶显示器显示厚度数值，它主要根据声波在试样中的传播速度乘以通过试样的时间的一半而得到试样的厚度。

　　超声波测厚仪，在采用国内外先进技术的基础上，运用单片机技术研制的一种低功耗低下限袖珍式的智能测量仪器，不仅有测量不同材质厚度的仪器，而且有单测钢，超薄型的，同时均可配套高温测厚探头。

　　测厚仪应用领域。由于超声波处理方便，并有良好的指向性，超声技术测量金属，非金属材料的厚度，既快又准确，无污染，尤其是在只许可一个侧面可按触的场合，更能显示其优越性，广泛用于各种板材、管材壁厚、锅炉容器壁厚及其局部腐蚀、锈蚀的情况，因此对冶金、造船、机械、化工、电力、原子能等各工业部门的产品检验，对设备安全运行及现代化管理起着主要的作用。

     超声波焊接

        超声波焊接装置是通过一个电晶体功能设备将当前50/60Hz的电频转变成20KHz或40KHz的电能高频电能，供应给转换器。转换器将电能转换成用于超声波的机械振动能，调压装置负责传输转变后的机械能至超声波焊接机的焊头。 焊头是将机械振动能直接传输至需压合产品的一种声学装置. 振动通过焊接工作件传给粘合面振动摩擦产生热能使塑胶熔化， 振动会在熔融状态物质到达其介面时停止，短暂保持压力可以使熔化物在粘合面固化时产生个强分子键， 整个周期通常是不到一秒种便完成，但是其焊接强度却接近是一块连着的材料.

     随着家电行业的快速发展，对于常规超声波塑料焊接的要求不断的提升，在家用电器方面可焊材料越来越多，如蒸气熨斗、饮水机塑料板、电视机外壳、收录音机透明面板、摇控器、手提日光灯罩、榨汁机塑料框架、吸尘器部件、剃须刀外壳、电视机壳螺丝固定座、减蚊灯壳、洗衣机脱水槽等需要牢固、密封和美观的塑焊技术。   

电子电器行业超声波的应用：
　　电子电器产品更新换代强，对塑料部件的熔接要求越来越高。而超声波焊接技术具有环保、节能、安全、不需辅助剂等优点，适应了电子电器行业的高需求。应用超声波焊接技术的电子设备及配件有：电池壳、充电器、阀控式密封维护铅酸蓄电池 、3寸软盘、U盘、SD卡、CF卡、ＵＳＢ接插件、录影带盘、计算机、电子表、手机、MP3、磁碟片、手机电池、充电器、手机外壳、设定器、开关插座、预付费水表电表、通讯设备、无绳电话、手机配件、手机壳蓝牙等。

文具玩具行业超声波的应用：
　　社会上越来越注重商品的环保、安全、由于采用了超声波技术使产品清洁、高效、牢固、免除使用胶水、螺丝、粘合剂或其他辅助品等适应了社会需求。不仅降低了生产成本，还广泛应用于钥匙链、手机挂件、玩具眼振落、玩具奶嘴、闪光球、墨盒、文件夹、名片夹、相册、半圆仪等的有效焊接熔接。使企业在市场的竞争力大大增强。

包装加工行业超声波的应用：
　　在包装加工行业中很多都用到超声波熔接技术如：软管的封口特殊打包带的熔接，空气过滤袋，水处理丙纶滤袋的焊接，无纺布手提袋，瓦楞容器的密封焊接等。超声波焊接在包装行业是不折不扣的好帮手。防伪酒瓶盖、冷冻精液软管包装、指甲剪盒、自封袋、购物手提袋、牙签盒、纸杯、方便面纸碗、乳品包装盒等。   

　　超声焊接仅是超声波应用的一部分，还有很多领域都可以应用到超声技术。比如超声波雾化、超声波焊接、超声波钻孔、超声波研磨、超声波抛光、超声马达等等。超声波技术将在各行各业得到越来越广泛的应用。