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)著向各個方向發(fā)射超聲波，超聲波遇到魚群會反射回來，漁船探測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水中的暗礁、敵人的潛艇，測量海水的深度。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)小時內(nèi)把地球表面整個地掃描一遍;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，對電磁波的吸收能力很強(qiáng)，因而電磁雷達(dá)無法探測水下作戰(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，再用特殊設(shè)備接受反射信號加以分析，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)反射時間可以計算出云層高度。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，可以探測到胎兒的情況。

  1955年美國人萊斯科爾利用超聲波觀測人的心臟。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，部分能量被反射回來形成反射波，根據(jù)反射波出現(xiàn)的時間間隔，區(qū)分、測量體內(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，不能顯示整個器官的形狀，故常用來測量界面距離和臟器的厚度，如在眼科中探測眼內(nèi)異物和眼部腫瘤，判斷視網(wǎng)膜剝離的性質(zhì)，測量眼軸的長度等。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的多普勒頻移，可以測量紅血球的運(yùn)動速度，繼而得到血流速度。多普勒血流儀可用于了解血液動力學(xué)方面的生理病理狀況，如心臟運(yùn)動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S180在體移植性腫瘤細(xì)胞進(jìn)行了研究，估計腫瘤細(xì)胞生長抑制率。

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，氣泡迅速增長，在正壓區(qū)域氣泡由于受到壓力擠破滅、閉合。此時，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)幾千個大氣壓，這就是所謂的空化效應(yīng)。

  對于瓶類的清洗，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)上主要用于檢測和測厚。用超聲波得到若干信息，獲得通信應(yīng)用，稱檢測超聲。用超聲波在介質(zhì)中的脈沖反射對物體進(jìn)行厚度測試稱超聲測厚。檢測超聲用于超聲探測金屬、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。

  超聲波測厚是一門成熟的高新技術(shù)，它的Z大優(yōu)點(diǎn)是檢測安全、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。超聲測厚儀按工作原理分: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，與被測物表面的光潔度關(guān)系不密切，所以超聲波脈沖法測厚儀是Z受用戶歡迎的一種儀表。

  超聲波測厚儀主要有主機(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間的一半而得到試樣的厚度。

  超聲波測厚儀，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量儀器，不僅有測量不同材質(zhì)厚度的儀器，而且有單測鋼，超薄型的，同時均可配套高溫測厚探頭。

  測厚儀應(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側(cè)面可按觸的場合，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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