浅谈超声波的物理应用.doc

1、浅谈超声波的物理应用摘要：超声学是一门应用性和边缘性很强的学科，从它一百多年来的发展可以看出，超声学是随着它在国防、工农业生产、医学、基础研究等领域中应用的不断深入而得到发展的。它不断借鉴电子学、材料科学、光学、固体物理等其他学科的内容，而使自己更加丰富。同时，超声学的发展又为这些学科的发展提供了一些重要器件和行之有效的研究手段。如超声探伤和超声成像技术都是借鉴了雷达的原理和技术而发展起来的，而超声的发展又为电子学、光电子学、雷达技术的发展提供了超声延迟线、滤波器、卷积器、声光调制器等重要的体波和表面波器件。关键词：超声波 物理 应用 农业 医学 一、概述 所谓超声波，是一种质点振动频率高于

2、20kHz 的机械波，因其频率超过人耳能听见的声频段 16Hz20kHz 而得名超声波。无损检测用的超声波频率范围为 0.225MHz。其中最常用的频率为 0.510MHz。较高的频率主要用于细晶材料和高灵敏度检测。如检测金属陶瓷等超细材料10200MHz 频段，甚至更高，而较低的频率则常用语衰减较 大和粗晶材料的检测。如检测混泥土结构常用 1MHz 以下的频率。超声波是声波大家族中 的一员，和可闻声本质上是一致的。它们的共同点都是一种机械振动，通常以纵波的方式在 弹性介质内传播，是一种能量和动量的传播形式，其不同点是超声频率高，波长短，在一定 距离内沿直线传播，具有良好的束射性和方向性。超声

3、波的波长远大于分子尺寸，说明超 声波本身不能直接对分子起作用，而是通过周围环境的物理作用影响分子，所以超声波的作 用与其作用的环境密切相关。超声波既是一种波动形式，又是一种能量形式，在传播过程中与媒介相互作用产生超声效应。 二、超声波的应用 超声波在工农业生产中有极其广泛的应用。包括超声波检测、超声波探伤、功率超声、超声波处理、超声波诊断、超声波治疗等。超声波在工业中可用来对材料进行检测和探伤，可以测量气体、液体和固体的物理参数，可以测量厚度、液面高度、流量、粘度和硬度等，还可以对材料的焊缝、粘接等进行检查。超声波清洗和加工处理可以应用于切割、焊接、喷雾、乳化、电镀等工艺过程中。超声波清洗是一

4、种高效率的方法，已经用于尖端和精密工业。大功率超声可用于机械加工，使超声波在拉管、拉丝、挤压和铆接等工艺中得到应用。应用在医学中的超声波诊断发展甚快，已经成为医学上三大影象诊断方法之一，与 X 线、同位素分别应用于不同场合，例如超声波理疗、超声波诊断、肿瘤治疗和结石粉碎等。在农业中，可以用超声波对有机体细胞的杀伤的特性来进行消毒灭菌，对作物种子进行超声波处理，有利于种子发芽和作物增产。此外超声波的液体处理和净化可应用于环境保护中，例如超声波水处理、燃油乳化、大气除尘等。微波超声的重点放在微波电子器件，已经制成了超声波延迟线、声电放大器、声电滤波器、脉冲压缩滤波器等。 三、超声波在农业方面的具体

5、应用 应用超声波处理种子，早在前苏联就已有了不少研究。根据外国文献所载，少量的超声波能刺激细胞分裂，中等量的超声波会抑制细胞分裂，大量的能引起细胞死亡。在上世纪，就有人用超声波对菠菜和白菜种子进行实验。其实验结果显示，在对白菜种子用超声波处理 1 分钟和2 分钟时，其种子的发芽率为 92%96%，而未用超声波处理的白菜种子发芽率为 88%。在对菠菜种子用超声波处理 1 分钟后，其出土率为 85%，而未用超声波处理的菠菜种子出土率为 40%。用超声波处理的种子在日后增产也比较显著。低频脉冲超声波对小麦幼苗变异较明显。经超声波照射的水培变异幼苗，出现率为 8.578.25%，对照的自然变异出现率为

6、1.001.28%；田间种植变异幼苗出现率为 18.212.54%，对照的自然变异出现率为 14.582.59%。经照射的咸农 68 小麦单株粒重超过亲本的家系达 55.17%，超亲达 1%显著水准占超亲家系 87.50%。经照射的四方穗小麦，单株粒重超亲家系达 69.23%，达到 1%显著水准的超亲家系占 77.78 。 超声波犁田。传统的翻地犁需要笨重的机器牵引，这不仅会压实深层的土壤，使其不能保持水分和养料；而且翻起的地表土会被风和雨水侵蚀。这是许多农民的一大心病。此外，由于多次的翻犁，植物的根以及腐烂的残留植物被翻出地表，他们会散发出二氧化碳气体。约旦的农机工程师奈达？阿布哈德发明了利

7、用超声波松土。他的实验结果显示：松土可达土壤超声处理对植物呼吸作用的影响。关于植物呼吸作用的研究一直是植物生理学研究的一个热点，特别对农作物来说，其呼吸作用的大小直接关系到产量的高低，所以它的研究对农业的发展具有十分重要的理论和实际意义。1975 年 Albu E 研究发现低频率超声波（25kHz）处理蔬菜之后，一年生植物（如番茄和黄瓜）的呼吸强度下降，而两年生植物（如卷心菜和洋葱）的呼吸强度上升。自此我们可以推测，利用超声处理相关的农作物可以提高作物的产量。 深度 20cm。这完全满足了一般农作物的松土深度。 四、超声波在医疗方面的应用 医学上最早利用超声波是在 1942 年，奥地利医生杜西

8、克首次用超声技术扫描脑部结构；以后到了 60 年代医生们开始将超声波应用于腹部器官的探测。如今超声波扫描技术已成为现代医学诊断不可缺少的工具。 医学超声波检查的工作原理与声纳有一定的相似性，即将超声波发射到人体内，当它在体内遇到界面时会发生反射及折射，并且在人体组织中可能被吸收而衰减。因为人体各种组织的形态与结构是不相同的，因此其反射与折射以及吸收超声波的程度也就不同，医生们正是通过仪器所反映出的波型、曲线，或影象的特征来辨别它们。此外再结合解剖学知识、正常与病理的改变，便可诊断所检查的器官是否有病。 目前，医生们应用的超声诊断方法有不同的形式，可分为 A 型、B 型、M 型及 D 型四大类。 超声治疗学是超声医学的重要组成部分。超声治疗时将超声波能量作用于人体病变部位，以达到治疗疾患和促进机体康复的目的。 医学超声波检查的工作原理与声纳有一定的相似性即将超声波发射到人体内，当它在体内遇到界面时会发生反射及折射，并且在人体组织中可能被吸收而衰减。因为人体各种组织的形态与结构是不相同的，因此其反射与折射以及吸收超声波的程度也就不同，医生们正是通过仪器所反映出的波型、曲线或影象的特征来辨别它们。此外再结合解剖学知识、正常与病理的改变，便可诊断所检查的器官是否有病。