超聲波的特性及其應(yīng)用特點
超聲波顧名思義,超過常規(guī)聲波的聲波。聲波是指人耳能感受到的一種縱波,其頻率范圍為16Hz-20KHz。當(dāng)聲波的頻率低于16Hz時就叫做次聲波,高于20KHz則稱為超聲波聲波。
超聲波特性有四個方面:
1)超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播。
2)超聲波可傳遞很強的能量。
3)超聲波會產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象。
4)超聲波在液體介質(zhì)中傳播時,可在界面上產(chǎn)生強烈的沖擊和空化現(xiàn)象。
1.束射特性
由于超聲波的波長短,超聲波射線能夠和光線一樣,可以反射、折射,也能聚焦,而且,恪守幾何光學(xué)上的定律。即超聲波射線從一種物質(zhì)外表反射時,入射角等于反射角,當(dāng)射線透過一種物質(zhì)進入另一種密度不同的物質(zhì)時就會產(chǎn)生折射,也就是要改動它的傳插方向,兩種物質(zhì)的密度差異愈大,則折射也愈大。
2.吸收特性
聲波在各種物質(zhì)中傳播時,隨著傳播間隔的增加,強度會漸進削弱,這是由于物質(zhì)要吸收掉它的能量。關(guān)于同一物質(zhì),聲波的頻率越高,吸收越強。關(guān)于一個頻率一定的聲波,在氣體中傳播時吸收最厲害,在液體中傳播時吸收比較弱,在固體中傳播時吸收最小。
3.超聲波的能量傳送特性
超聲波之所以在各個工業(yè)部門中有普遍的應(yīng)用,主要還在于比聲波具有強大得多的功率。為什么有強大的功率呢?當(dāng)聲波抵達某一物質(zhì)中時,由于聲波的作用使物質(zhì)中的分子也跟著振動,振動的頻率和聲波頻率―樣,分子振動的頻率決定了分子振動的速度。頻率愈高速度愈大。
物質(zhì)分子振動所取得的能量除了與分子的質(zhì)量有關(guān)外,還由分子的振動速度的平方?jīng)Q定,所以假如聲波的頻率愈高,也就是物質(zhì)分子愈能得到更高的能量、超聲波的頻率比聲波能夠高很多,所以它能夠使物資分子取得很大的能量;換句話說,超聲波自身能夠供應(yīng)物質(zhì)足夠大的功率。
4.超聲波的聲壓特性
當(dāng)聲波通入某物體時,由于聲波振動使物質(zhì)分子產(chǎn)生緊縮和稠密的作用,將使物質(zhì)所受的壓力產(chǎn)生變化。由于聲波振動惹起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。
由于超聲波所具有的能量很大,就有可能使物質(zhì)分子產(chǎn)生顯著的聲壓作用。例如當(dāng)水中經(jīng)過普通強度的超聲波時,產(chǎn)生的附加壓力可以抵達好幾個大氣壓力。液體中存在著如此龐大的聲壓作用,就會引起值得留意的現(xiàn)象。當(dāng)超聲波振動使液體分子緊縮時,好象分子遭到來直四面八方的壓力;
當(dāng)超聲波振動使液體分子稠密時,好象遭到向外散開的拉力,關(guān)于液體,它們比較受得住附加壓力的作用,所以在遭到緊縮力的時候,不大會產(chǎn)生反常情形。但是在拉力的作用下,液體就會支持不了,在拉力集中的中央,液體就會斷裂開來,這種斷裂作用特別容易發(fā)作在液體中存在雜質(zhì)或氣泡的中央,由于這些中央液體的強度特別低,也就特別經(jīng)受不起幾倍于大氣壓力的拉力作用。
由于發(fā)作斷裂的結(jié)果,液體中會產(chǎn)生許多氣泡狀的小空腔,這種空泡存在的時間很短,一瞬時就會閉合起來。空腔閉合的時候會產(chǎn)生很大的瞬時壓力,普通可以抵達幾千以致幾萬個大氣壓力。液體在這種強大的瞬時壓力作用下,溫度會驟然增高。斷裂作用所引起的互大瞬時壓力,可以使懸浮在液體中的固體表面遭到急劇破壞。我們常稱之為空化現(xiàn)象。超聲波清洗機就是一個典型的應(yīng)用。
超聲波的應(yīng)用具有以下的特性:超聲波具有較好的指向性――頻率越高,指向性越強。這在諸如探傷和水下聲通訊等應(yīng)用場所是主要的思索要素。頻率高時,相應(yīng)地波長將變短,因此波長可與傳播超聲波的試樣資料的尺寸相比較,以至波長可遠(yuǎn)小于試樣資料的尺寸。
這在厚度尺寸很小的丈量應(yīng)用中以及在高分辨率的探傷應(yīng)用中是十分重要的。聲波用起來很安靜,人們聽不到它。這一點在高強度工作場所尤為重要。這些高強度的工作用可聞頻率的聲波來完成時常常更有效,但是遺憾的是,可聞聲波工作時所產(chǎn)生的噪聲令人難以忍耐,有時以至是對人體有害的。