超聲波的概念

　　從物理學(xué)的角度來看，聲波屬于聲音的類別，是機(jī)械波中的一種，人類能聽見的聲波，頻率范圍為16Hz至20KHz。若聲波的頻率低于16Hz時(shí)就叫做次聲波，如果高于20KHz，我們則稱為超聲波聲波。超聲波因?yàn)槠渥畹皖l率大約等于人的最高聽覺頻率而得名。超聲波方向性能好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠(yuǎn)，可用于測(cè)量距離和速度、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。聲波按原理劃分，可以分為檢測(cè)超聲和功率超聲。在醫(yī)學(xué)、軍事、工農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用，聲波是物體作機(jī)械振動(dòng)，傳播能量的一種形式，所謂振動(dòng)是指物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近進(jìn)行的往返運(yùn)動(dòng)。比如，鼓面經(jīng)敲擊后，鼓面上下振動(dòng)，振動(dòng)狀態(tài)通過空氣，液體或者固體向周圍傳播，就產(chǎn)生聲波。高于20KHZ頻率的聲波，人類是聽不見的，人們把其叫做超聲。超聲和可聽見聲其實(shí)是是一致的，它們的主要特點(diǎn)都是一種機(jī)械振動(dòng)，是能量的傳播形式。不同點(diǎn)是超聲頻率高，波長(zhǎng)短，在一定范圍內(nèi)，直線傳播具有優(yōu)良的束射性和方向性，目前腹部超聲成象所用的頻率范圍在2MHZ到5MHz之間，最常用的為3NHZ到3.5MHz(質(zhì)點(diǎn)每秒振動(dòng)1次為1Hz，1MHz=10^6Hz,即每秒振動(dòng)達(dá)100萬次)

　　超聲波的特性

　　1、超聲波在液體中傳播時(shí)，在界面上能產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和空化現(xiàn)象。

　　2、超聲波可以在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播。

　　3、超聲波會(huì)產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象。

　　4、聲波可傳播較強(qiáng)的能量。

　　超聲波效應(yīng)的利用

　　超聲檢驗(yàn)

　　超聲波頻率高波長(zhǎng)短，具有較好的方向性，能穿透不透明物質(zhì)，超聲波探傷、測(cè)厚、測(cè)距、遙控和超聲成像技術(shù)就是利用這一特性而做成。超聲成像是利用超聲波呈現(xiàn)不透明物內(nèi)部形象的技術(shù) 。把從換能器發(fā)出的超聲波經(jīng)聲透鏡聚焦在不透明試樣上，從試樣透出的超聲波攜帶了被照部位的信息(如對(duì)聲波的反射、吸收和散射的能力)，經(jīng)聲透鏡匯聚在壓電接收器上，所得電信號(hào)輸入放大器，利用掃描系統(tǒng)可把不透明試樣的形象顯示在熒光屏上。上述裝置稱為超聲顯微鏡。超聲成像技術(shù)已在醫(yī)療檢查方面獲得普遍應(yīng)用，在微電子器件制造業(yè)中用來對(duì)大規(guī)模集成電路進(jìn)行檢查，在材料科學(xué)中用來顯示合金中不同組分的區(qū)域和晶粒間界等。聲全息術(shù)是利用超聲波的干涉原理記錄和重現(xiàn)不透明物的立體圖像的聲成像技術(shù)，其原理與光波的全息術(shù)基本相同，只是記錄手段不同而已(見全息術(shù))。用同一超聲信號(hào)源激勵(lì)兩個(gè)放置在液體中的換能器，它們分別發(fā)射兩束相干的超聲波：一束透過被研究的物體后成為物波，另一束作為參考波。物波和參考波在液面上相干疊加形成聲全息圖，用激光束照射聲全息圖，利用激光在聲全息圖上反射時(shí)產(chǎn)生的衍射效應(yīng)而獲得物的重現(xiàn)像，通常用攝像機(jī)和電視機(jī)作實(shí)時(shí)觀察。

　　超聲處理

　　利用超聲的機(jī)械作用、空化作用、熱效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)，可進(jìn)行超聲焊接、鉆孔、固體的粉碎、乳化 、脫氣、除塵、去鍋垢、清洗、滅菌、促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)和進(jìn)行生物學(xué)研究等，在工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等各個(gè)部門獲得了廣泛應(yīng)用。

　　超聲流量流速傳感器中的應(yīng)用

　　超聲波傳感器利用超聲波檢測(cè)技術(shù)，將檢測(cè)到的超聲波轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的傳感器，一般分為兩類：

　　第一類是利用流速的變化的時(shí)間差法，頻率差法，相位差法，其基本原理都是通過檢測(cè)超聲波在順逆流的液體中的傳播時(shí)差來反映流速所以又稱之為傳播速度差法。時(shí)差法和頻差法消除了溫度對(duì)檢測(cè)的影響，測(cè)量精度高，廣泛被使用;

　　第二類是利用超聲波隨流速而發(fā)生偏移，而反映的流速，稱之為多普勒超聲波流速法。向明渠的液體中發(fā)射超聲波，超聲波在流動(dòng)的液體中載上流速，再用接收探頭也就是換能器將信息傳送到微處理器上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后得到流速。

　　超聲波傳感器是非接觸測(cè)量?jī)x器，不阻礙液體的流動(dòng)，具有很高的測(cè)量精度。