超聲技術(shù)是一門以物理、電子、機(jī)械及材料學(xué)為基礎(chǔ)的通用技術(shù)之一，世界各國均重視對(duì)超聲波技術(shù)在現(xiàn)代軍事、醫(yī)學(xué)、生活等領(lǐng)域中的應(yīng)用研究。超聲技術(shù)是通過超聲波產(chǎn)生、傳播及接收的物理過程而完成的，它的應(yīng)用研究正是結(jié)合超聲波之獨(dú)有特性而展開。

一、超聲波在軍事中的應(yīng)用

  超聲波基本上是沿直線傳播的，可以定向發(fā)射。如果漁船載有水下超聲波發(fā)生器，它旋轉(zhuǎn)著向各個(gè)方向發(fā)射超聲波，超聲波遇到魚群會(huì)反射回來，漁船探測(cè)到反射波就知道魚群的位置了。這種儀器叫做聲納。

  聲納也可以用來探測(cè)水中的暗礁、敵人的潛艇，測(cè)量海水的深度。在現(xiàn)代高科技術(shù)中雖然有用雷達(dá)，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)百公里外的敵機(jī);紅外線望遠(yuǎn)鏡可以在夜幕中發(fā)現(xiàn)隱蔽的敵人;衛(wèi)星遙感技術(shù)可以在數(shù)小時(shí)內(nèi)把地球表面整個(gè)地掃描一遍;射電天文望遠(yuǎn)鏡可以觀察到遙遠(yuǎn)的宇宙空間。但是為什么在水中卻不采用這些先進(jìn)技術(shù)而仍用落后的聲納呢?

  海水有良好的導(dǎo)電性，對(duì)電磁波的吸收能力很強(qiáng)，因而電磁雷達(dá)無法探測(cè)水下作戰(zhàn)目標(biāo)(如潛水艇)的方位和距離。超聲波在空氣中衰減較快，而在固體、液體中的衰減卻很小，這正好與電磁波相反。這種情況下，超聲波雷達(dá)——聲納，便可發(fā)揮巨大的威力。

  海水吸熱能力太強(qiáng)，紅外線技術(shù)無用武之地;水的透光能力差，而吸收光的能力卻很濃，光學(xué)觀察設(shè)備如望遠(yuǎn)鏡也使不上了。特別是深海中一片漆黑，什么也看不見。探照燈又會(huì)暴露自己。而海水的傳聲能力卻比在空氣中強(qiáng)得多。聲納技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生了。聲納機(jī)發(fā)出一束束不同頻率的聲音信號(hào)，再用特殊設(shè)備接受反射信號(hào)加以分析，這樣就如同安上了蝙蝠的耳朵，周圍的情況也就一目了然了。

  超聲雷達(dá)還可以探測(cè)云層。地面設(shè)備向云層發(fā)射一束束超聲波，根據(jù)反射時(shí)間可以計(jì)算出云層高度。再分析回聲的頻率變化，根據(jù)多普勒效應(yīng)的原理，可以測(cè)出云層在空中漂移的速度。因此，聲納技術(shù)在它的特殊領(lǐng)域仍占著不可取代的地位。

二、超聲波在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

  超聲波探測(cè)技術(shù)開始應(yīng)用在醫(yī)學(xué)上始于50年代，英國格拉斯哥的唐納德醫(yī)生發(fā)現(xiàn)，用超聲波脈沖通過孕婦腹壁，可以探測(cè)到胎兒的情況。

  1955年美國人萊斯科爾利用超聲波觀測(cè)人的心臟。這項(xiàng)技術(shù)不斷改進(jìn)，特別是在使用了微信息處理機(jī)后就更趨于完善。到70年代初，終于形成了一套完整的超聲回波描記術(shù)。現(xiàn)在超聲類診斷器種類很多，其中常見的有A型超聲波診斷儀、B型超聲波診斷儀器、超聲心動(dòng)圖儀等。

  A型超聲波診斷儀又稱幅度調(diào)制型超聲儀器。在人體中，水，脂肪和軟組織的吸收系數(shù)較小，超聲束容易穿透，而空氣，骨骼和肺組織的吸收系數(shù)較大，不容易透過。利用超聲波在人體內(nèi)遇到不同密度組織界面時(shí)，部分能量被反射回來形成反射波，根據(jù)反射波出現(xiàn)的時(shí)間間隔，區(qū)分、測(cè)量體內(nèi)不同組織分界面的位置，根據(jù)反射波的有無、多少、強(qiáng)度、形態(tài)等綜合判斷疾病。

  A型超聲波診斷儀提供了體內(nèi)器官的一維信息，不能顯示整個(gè)器官的形狀，故常用來測(cè)量界面距離和臟器的厚度，如在眼科中探測(cè)眼內(nèi)異物和眼部腫瘤，判斷視網(wǎng)膜剝離的性質(zhì)，測(cè)量眼軸的長(zhǎng)度等。如下圖，表示其工作原理。

  B型超聲診斷儀的原理與A型超聲波診斷儀相同，但回波信號(hào)是用光點(diǎn)的形式顯示，顯示光點(diǎn)的輝度與回波強(qiáng)度成正比，通過超聲掃描回波脈沖電信號(hào)在熒光屏上顯示出斷面圖像，稱為聲像圖。所以B型超聲診斷儀又稱斷面顯像儀。它所顯示的圖像具有與人體解剖位置直接對(duì)應(yīng)的特點(diǎn)，所以十分直觀，使用方便，診斷正確率高。

  近年來，B型超聲顯象儀已被用于許多臟器的檢查。利用超聲多普勒效應(yīng)來測(cè)血流速度的儀器稱為多普勒血流儀。由超聲發(fā)生器發(fā)出的超聲波通過探頭輸出進(jìn)入血管，經(jīng)血液中紅血球的散射回聲信號(hào)的多普勒頻移，可以測(cè)量紅血球的運(yùn)動(dòng)速度，繼而得到血流速度。多普勒血流儀可用于了解血液動(dòng)力學(xué)方面的生理病理狀況，如心臟運(yùn)動(dòng)狀況及血管中是否存在栓塞等。

  利用超聲的生物效應(yīng)來治療某些疾病，稱為超聲治療。利用強(qiáng)度較低的超聲波的熱效應(yīng)，機(jī)械效應(yīng)等對(duì)疾病部位進(jìn)行“加熱”和機(jī)械刺激稱為超聲理療，主要包括超聲按摩超聲針灸及超聲熱療。利用較強(qiáng)的超聲波的劇烈作用來切斷破壞某些組織，則稱為超聲手術(shù)，主要有超聲碎石和超聲手術(shù)刀兩種。近年來，利用超聲治療疾病愈來愈廣，如利用超聲激活血卟啉對(duì)S180在體移植性腫瘤細(xì)胞進(jìn)行了研究，估計(jì)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)抑制率。

三、超聲波在生活及服務(wù)業(yè)中的應(yīng)用

  超聲波在生活及服務(wù)業(yè)中的應(yīng)用主運(yùn)用于清洗和消毒。日常生產(chǎn)中，眼鏡、首飾都可以用超聲波進(jìn)行清洗，速度快，無損傷，大型的賓館、飯店用它清洗餐具，不僅清洗效果好，還具有殺滅病毒的作用。

  超聲波清洗屬物理清洗，把清洗液放入槽內(nèi)，在槽內(nèi)作用超聲波。由于超聲波與聲波一樣是一種疏密的振動(dòng)波，在傳播過程中，介質(zhì)的壓力作交替變化。在負(fù)壓區(qū)域，液體中產(chǎn)生撕裂的力，并形成真空的氣泡。當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí)，氣泡迅速增長(zhǎng)，在正壓區(qū)域氣泡由于受到壓力擠破滅、閉合。此時(shí)，液體間相互碰撞產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波。雖然位移、速度都非常小，但加速度卻非常大，局部壓力可達(dá)幾千個(gè)大氣壓，這就是所謂的空化效應(yīng)。

  對(duì)于瓶類的清洗，是用超聲波清洗技術(shù)代替原有的毛刷機(jī)，它經(jīng)過翻轉(zhuǎn)注水、超聲清洗、內(nèi)外沖洗、空氣吹干、翻轉(zhuǎn)等流程而實(shí)現(xiàn)的。金屬零件、玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻煩事。如果在放有這些物品的清洗液中通入超聲波，清洗液的劇烈振動(dòng)沖擊物品上的污垢，能夠很快清洗干凈。

四、超聲波在工業(yè)上的應(yīng)用

  超聲波在工業(yè)上主要用于檢測(cè)和測(cè)厚。用超聲波得到若干信息，獲得通信應(yīng)用，稱檢測(cè)超聲。用超聲波在介質(zhì)中的脈沖反射對(duì)物體進(jìn)行厚度測(cè)試稱超聲測(cè)厚。檢測(cè)超聲用于超聲探測(cè)金屬、陶瓷混凝土制品，甚至水庫大壩，檢查內(nèi)部是否有氣泡、空洞和裂紋。

  超聲波測(cè)厚是一門成熟的高新技術(shù)，它的Z大優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)安全、可靠及精度高，而且它可以巡回在運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。超聲測(cè)厚儀按工作原理分:有共振法、干涉法及脈沖反射法等。

  由于脈沖反射法并不涉及共振機(jī)理，與被測(cè)物表面的光潔度關(guān)系不密切，所以超聲波脈沖法測(cè)厚儀是Z受用戶歡迎的一種儀表。

  超聲波測(cè)厚儀主要有主機(jī)和探頭兩部分組成。主機(jī)電路包括發(fā)射電路、接收電路、計(jì)數(shù)顯示電路三部分，由發(fā)射電路產(chǎn)生的高壓沖擊波激勵(lì)探頭，產(chǎn)生超聲發(fā)射脈沖波，脈沖波經(jīng)介質(zhì)介面反射后被接收電路接收，通過單片機(jī)計(jì)數(shù)處理后，經(jīng)液晶顯示器顯示厚度數(shù)值，它主要根據(jù)聲波在試樣中的傳播速度乘以通過試樣的時(shí)間的一半而得到試樣的厚度。

  超聲波測(cè)厚儀，在采用國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)研制的一種低功耗低下限袖珍式的智能測(cè)量?jī)x器，不僅有測(cè)量不同材質(zhì)厚度的儀器，而且有單測(cè)鋼，超薄型的，同時(shí)均可配套高溫測(cè)厚探頭。

  測(cè)厚儀應(yīng)用領(lǐng)域。由于超聲波處理方便，并有良好的指向性，超聲技術(shù)測(cè)量金屬，非金屬材料的厚度，既快又準(zhǔn)確，無污染，尤其是在只許可一個(gè)側(cè)面可按觸的場(chǎng)合，更能顯示其優(yōu)越性，廣泛用于各種板材、管材壁厚、鍋爐容器壁厚及其局部腐蝕、銹蝕的情況，因此對(duì)冶金、造船、機(jī)械、化工、電力、原子能等各工業(yè)部門的產(chǎn)品檢驗(yàn)，對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行及現(xiàn)代化管理起著主要的作用。

  超聲測(cè)厚儀僅是超聲技術(shù)應(yīng)用的一部分，還有很多領(lǐng)域都可以應(yīng)用到超聲技術(shù)。比如超聲波霧化、超聲波焊接、超聲波鉆孔、超聲波研磨、超聲波拋光、超聲馬達(dá)等等。超聲波技術(shù)將在各行各業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。

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