我们的耳朵只能分辨频率为二十至二万赫的声音,频率比人的听频范围高的声波就叫做超声波。不同的动物可听到的声波频率范围不尽相同。狗可以听到一些超声波,所以狗只训练员可以用超声波哨子呼唤狗儿。超声波对于蝙蝠更为重要,这种动物是靠超声波来「看」世界的!
蝙蝠先会发出一连串超声的尖叫声,声波遇到障碍物便会反射,就像我们向山谷拍手会听到回声一样。由于超声波的频率高,相对较少出现绕射现象,所以回声十分清晰。蝙蝠分析回声的方向和回传时间,便可以知道环境的精确图像。人们根据蝙蝠「看」事物的原理,发明了声纳探测器,用来测量水深。船只上的发射器先向海底发射超声波,再由另一些仪器接收和分析反射回来的讯息,从而得到整个海床的面貌。
医学的超声波扫描术可说是超声波最重要的应用。超声波扫描不涉及有害的辐射,远比 X-射线等检验工具安全,所以常用于产前检查 (右图)。医生会将一个发出高频超声波 (频率为1-5 兆赫) 的手提换能器,贴着母亲的肚皮进行扫描。声波到达各种身体组织的边界时会有不同程度的反射 (例如液体及软组织的边界、软组织及骨的边界)。接收器收到反射波,便可计算出反射的强度及反射面的距离,以分辨不同的身体组织,并得到胎儿的影像。接收器使用了压电的原理,把超声波所产生的压力转变成电子讯号,再输送到仪器分析。超声波扫描可以帮助医生量度胎儿的大小以确定产期,检查胎儿的性别、生长速度、头的位置是否正常向下、胎盘的位置是否正常、阳水是否足够,与及监察抽阳水的过程,以保障胎儿的安全等。此外,超声波扫描术也用于妇科检查,它可以帮助医生有效地把生长在乳房或卵巢的恶性组织分辨出来。
超声波扫描术的两个重要分支-多普勒超声波扫描术和立体超声波成像技术,更扩大了超声波在医学上的用途。
多普勒超声波扫描术已应用了颇长的时间,这技术利用了波动的多普勒效应。反射超声波物体的运动,会改变回声的频率;当物体正向着接收器移动时,频率便会升高,相反当物体正在远去时,频率便会降低。从回声的频率改变,仪器便可计算到物体的运动速度。多普勒超声波扫描术主要用于检查血液在心脏及主要动脉中的流动速度。血液的流动情况会以一个颜色的影像显示出来,不同的颜色代表不同的流速 (右图)。这有助医生及早发现胎儿先天性心脏毛病。
立体超声波成像技术是很新的技术。检查员首先从多个不同角度拍摄胎儿的二维超声波影像,然后利用计算机技术合成胎儿的立体影像。利用这技术可清晰地显示胎儿的样貌 ,甚至摄录到胎儿细致如踢脚或转身等动态,实在为准父母带来不少惊喜。外表的缺憾如兔唇、多指甚至细如斑痣等都可以清楚地显示出来。立体成像技术将会成为未来超声波技术研究的重点。
此外,高频的超声波带有强大的振动能。将超声波入射载满水的容器,再放入需要的清洗的对象,水的振动便可去除对象上的尘垢,而不需直接接触对象的表面。眼镜公司替我们洗眼镜时就是用这种方法。如果将高能超声波聚焦,能量甚至足以震碎石块,所以可以用来击碎体内结石,使患者免受手术之苦。
超声波是频率为20KHz以上的声波,为什么能探测物体内部的情况,就要知道他的产生以及如何传播的。
超声波的产生与传播
能够产生超声波的方法很多,常用的有压电效应方法、磁致伸缩效应方法、静电效应方法和电磁效应方法等.我们把能够实现超声能量与其他形式能量相互转换的器件称为超声波换能器。 一般情况下,超声波换能器既能用于发射又能用于接收.
在本实验中,采用压电效应实现超声波信号与电信号的转换,即压电换能器,它是利用压电材料的压电效应实现超声波的发射和接收。
压电效应
某些固体物质,在压力(或拉力)的作用下产生变形,从而使物质本身极化,在物体相对的表面出现正、负束缚电荷,这一效应称为压电效应。
物质的压电效应与其内部的结构有关。下图显示了石英晶体晶格原子在拉力变化下晶格的变化情况。
石英晶体晶格原子在拉力变化下晶格的变化
脉冲超声波的产生及其特点
当给压电晶片两极施加一个电压短脉冲时, 由于逆压电效应,晶片将发生弹性形变而产生弹性振荡。振荡频率与晶片的厚度和声速有关, 适当选择晶片的厚度可以得到超声频率范围的弹性波, 即超声波。此种方式发射出的是一个超声波波包,通常称为脉冲波。
脉冲波产生原理
超声波在介质中传播的波形
超声波在介质中传播的波形取决于介质可以承受何种作用力以及如何对介质激发超声波。通常有如下三种:
纵波波型:当介质中质点振动方向与超声波的传播方向一致时,此超声波为纵波波型。任何固体介质当其体积发生交替变化时均能产生纵波。
横波波型:当介质中质点的振动方向与超声波的传播方向相垂直时,此种超声波为横波波型。由于固体介质除了能承受体积变形外,还能承受切变变形,因此,当其有剪切力交替作用于固体介质时均能产生横波。横波只能在固体介质中传播。
表面波波型:是沿着固体表面传播的具有纵波和横波的双重性质的波。表面波可以看成是由平行于表面的纵波和垂直于表面的横波合成, 振动质点的轨迹为一椭圆,在距表面1/4波长深处振幅最强,随着深度的增加很快衰减,实际上离表面一个波长以上的地方,质点振动的振幅已经很微弱了。
定位原理
利用超声波进行探测的另一个原因是超声探头发射的能量具有较强的指向性。指向性是指超声波探头发射声束扩散角的大小。扩散角越小,则指向性越好,对目标定位的准确性越高。在固体材料的尺寸测量、无损检测、超声诊断、潜艇导航等超声应用中,都利用了超声波的这一特点。
利用超声的机械作用、空化作用、热效应和化学效应,可进行超声焊接、钻孔、固体的粉碎、乳化 、脱气、除尘、去锅垢、清洗、灭菌、促进化学反应和进行生物学研究等,在工矿业、农业、医疗等各个部门获得了广泛应用。
超声波自动定位仪是利用超声波的空间传播特性,来确定目标的具体位置。将超声波发生器置于被定位的目标上面,向周围按照一定的时间间隔发送超声波脉冲,在周围3个固定位置上分别接收超声波发射装置发出来的脉冲信号,由于超声波在空间传送速度比较慢,所以通过比较三个接收装置收到信号的时间先后,可以反演出超声波发生器的具体位置,也就是被定位目标的位置,当目标移动时候,可以通过不间断测量,描出目标的运动轨迹。
B超原理:超声波是指振动频率在20MH
Z
以上,人耳目听不到的高频率的声振动,其特性具有方向性,反射、折射和衰减性。这种高频率声波是由探头发射脉冲进入人体内,在体内遇到阻抗差大于
1/1000产生反射脉冲信号,然后反弹回来,利用脉冲回声电信号改变阴-阳极之间的电位差,以改变荧光屏光点的辉度,经放大后就形成一张超声图像。这些图像回声信号强,光点就亮,回声信号弱,光点就暗,光点明暗代表回声信号的强弱,这样就出现了一个辉度,可以在屏幕上显示身体内部结构,也可在纸上打印出来用于疾病诊断。
声纳原理:在发射控制器的控制下,发射机产生大功率超声波脉冲振荡,经收发转换装置由水声换能器向某一个方向发射超声波。在这个方向上,超声波遇到目标便反射回来,由水声换能器接收,变成电信号。再经收发转换装置送到接收机放大,最后送到显示器显示目标的方向和距离。
B捕鱼船的声纳系统,这就不是定位鱼在哪里了,是捉鱼。超声波捕鱼机的工作原理是:利用超声波对鱼、鳖等水中一切冷血动物的心脏和脑部神经击昏却氧,快速大面积浮出水面,达到最佳捕捉效果,并能将深层的动物击昏即浮出水面任意捕捞(过5分钟后复活),捕大留小,不影响繁殖,对人体及热血动物绝对安全
次声,正常声音,超声.次声与超声都是人所听不到的,超声上面也说了很多,补充一下,超声可以加快分子运动,(进行超声焊接、钻孔、固体的粉碎、乳化 、脱气、除尘、去锅垢、清洗、灭菌、促进化学)都是的,在军事上运用很多,就像最简单的手雷就是用超声焊接的.次声也有运用,但是对人体有伤害,想知道自己再好好的学习吧.
根据超声波的频率较高特点,可使其穿过物体同时反弹会不同声波,根据回声以测名其内部情况