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超声波的特性及其应用特点


超声波顾名思义,超过常规声波的声波。声波是指人耳能感受到的一种纵波,其频率范围为16Hz-20KHz。当声波的频率低于16Hz时就叫做次声波,高于20KHz则称为超声波声波。


超声波特性有四个方面:

1)超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。

2)超声波可传递很强的能量。

3)超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。

4)超声波在液体介质中传播时,可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。


1.束射特性

由于超声波的波长短,超声波射线能够和光线一样,可以反射、折射,也能聚焦,而且,恪守几何光学上的定律。即超声波射线从一种物质外表反射时,入射角等于反射角,当射线透过一种物质进入另一种密度不同的物质时就会产生折射,也就是要改动它的传插方向,两种物质的密度差异愈大,则折射也愈大。

2.吸取特性

声波在各种物质中传播时,随着传播间隔的增加,强度会渐进削弱,这是由于物质要吸取掉它的能量。关于同一物质,声波的频率越高,吸取越强。关于一个频率一定的声波,在气体中传播时吸取最利害,在液体中传播时吸取比较弱,在固体中传播时吸取最小。

3.超声波的能量传送特性

超声波之所以在各个工业部门中有普遍的应用,主要还在于比声波具有强大得多的功率。为什么有强大的功率呢?当声波抵达某一物质中时,由于声波的作用使物质中的分子也跟着振动,振动的频率和声波频率―样,分子振动的频率决定了分子振动的速度。频率愈高速度愈大。

物质分子振动所取得的能量除了与分子的质量有关外,还由分子的振动速度的平方决定,所以假如声波的频率愈高,也就是物质分子愈能得到更高的能量、超声波的频率比声波能够高很多,所以它能够使物资分子取得很大的能量;换句话说,超声波自身能够供应物质足够大的功率。

4.超声波的声压特性

当声波通入某物体时,由于声波振动使物质分子产生紧缩和稠密的作用,将使物质所受的压力产生变化。由于声波振动惹起附加压力现象叫声压作用。


由于超声波所具有的能量很大,就有可能使物质分子产生显著的声压作用。例如当水中经过普通强度的超声波时,产生的附加压力可以抵达好几个大气压力。液体中存在着如此庞大的声压作用,就会引起值得留意的现象。当超声波振动使液体分子紧缩时,好象分子遭到来直四面八方的压力;

当超声波振动使液体分子稠密时,好象遭到向外散开的拉力,关于液体,它们比较受得住附加压力的作用,所以在遭到紧缩力的时候,不大会产生反常情形。但是在拉力的作用下,液体就会支撑不了,在拉力集中的中央,液体就会断裂开来,这种断裂作用特别容易发作在液体中存在杂质或气泡的中央,由于这些中央液体的强度特别低,也就特别经受不起几倍于大气压力的拉力作用。

由于发作断裂的结果,液体中会产生许多气泡状的小空腔,这种空泡存在的时间很短,一瞬时就会闭合起来。空腔闭合的时候会产生很大的瞬时压力,普通可以抵达几千以致几万个大气压力。液体在这种强大的瞬时压力作用下,温度会骤然增高。断裂作用所引起的互大瞬时压力,可以使悬浮在液体中的固体表面遭到急剧破坏。壹定发常称之为空化现象。超声波清洗机就是一个典型的应用。

超声波的应用具有以下的特性:超声波具有较好的指向性――频率越高,指向性越强。这在诸如探伤和水下声通讯等应用场所是主要的思索要素。频率高时,相应地波长将变短,因此波长可与传播超声波的试样资料的尺寸相比较,以至波长可远小于试样资料的尺寸。

这在厚度尺寸很小的丈量应用中以及在高分辨率的探伤应用中是十分重要的。声波用起来很安静,人们听不到它。这一点在高强度工作场所尤为重要。这些高强度的工作用可闻频率的声波来完成时常常更有效,但是遗憾的是,可闻声波工作时所产生的噪声令人难以忍耐,有时以至是对人体有害的。


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