1、 毕业论文文献综述 电子信息工程 超声波的发展与应用 摘要： 本文主要介绍了超声波的定义 ,发展 ,特点和应用领域。由于超声波在 传播时方向性 好 ，能量易于集中 ， 能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离 ，它 与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息 。因此超声波技术得到了快速的发展，同时被广泛的应用于 超声处理 ， 基础研究 ， 超声检验 。由于超声波所具有的特点，它在 医学、军事、工业、农业 等领域都得到了很好的应用。 关键词： 超声波；超声波技术；超声处理；超声检测 1引言 声波 它 是物体 机械 振动状态（或能量）的传播形式。所谓振动是指物质的质点在其平衡位置
2、附近 所 进行的往返运动形式。 比 如，敲击鼓面后，它就上下振动，这种振动状态通过空气媒质向 各个方向 传播，这 就 是声波。 超声波是指振动频率大于 20000Hz 的 ,其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的上限（ 20000Hz），人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声和 可闻声 本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动模式，通常以纵波的方式在弹性介质内传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声波频率高，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， 它 是声波大家族中的一员。 6 8 我们人类直到第一次世界大战才学会利用超声波， 那时候只 是利用 “ 声纳 ” 的
3、原理来探测水中目标及其状态，如潜艇的位置等。 但从超声波的第一次运用到现在，在这短短的几十年的时间里超声波技术得到了飞跃式的发展，不管是在农业，工业，军事还 是在医学领域都得到了应用，并且不断的革新，使超声波的应用越来越广泛。 2超声波的定义与发展 2.1 超声波的定义 超声波是指振动频率大于 20000Hz 的 ,其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的上限（ 20000Hz），这种听不见的声波 就 叫做超声波。 它也 是声波大家族中的一员。超声波的两个主要参数： 频率： F20K/Hz ； 功率密度： p=发射功率 (W)/发射面积 (cm2);通常p0.3w/cm2 。 2.2 超
4、声波的发展 根据超声波的发展进程不同，超声波的发展可分为国外发展和国内发展： 2.2 1 国际方面 自 19 世纪末到 20 世纪初，在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后，人们解决了利用电子学技术产生超声波的方法，从此就迅速的揭开了发展与推广超声技术的历史篇章。 1922 年，在德国出现了首例超声波治疗的发明专利。 1939 年发表了有关超声波治疗取得临床效果的文献报道。超声波首次在医学上得到了应用。 40 年代末期超声治疗在欧美兴起，直到 1949 年召开的第一次国际医学超声波学术会议上，才有了超声治疗方面的论文交流，为超声治疗学的发展奠定了基础。 1956 年第二届国际超声医学学术会议
5、上已有许多论文发表，超声治疗 进入了实用成熟阶段。 2.2 2 国内方面 国内在超声治疗领域起步稍晚，于 20世纪 50年代初只有少数医院才开展超声治疗工作，从 1950年首先在北京开始用 800KHz 频率的超声治疗机治疗多种疾病，至 50 年代开始逐步推广，并有了国产仪器。公开的文献报道始见于 1957 年。到了 70 年代有了各型国产超声治疗仪，超声疗法普及到全国各大型医院。 40 多年来，全国各大医院已积累了相当数量的资料和丰富的临床经验。特别是 20 世纪 80 年代初出现的超声体外机械波碎石术和超声外科，是结石症治疗史上的一次重大突破。如今已在国际范围内推 广应用。高强度聚焦超声无
6、创外科，已使超声治疗在当代医疗技术中占据重要位置。而在 21世纪 (HIFU)超声聚焦外科已被誉为是 21 世纪治疗肿瘤的最新技术。 10 3.超声波的特性 由于频率 f 与波长入成反比，超声波具有其特殊性，近似于光的某些特征。如束射性，由一种媒质进入另外一种媒质会发生折射、反射等，同时也有很强的被吸收性与衰减性带有很强的能量。以下介绍超声波的几个主要特性： 3.1超声波的束射性 人耳可感受的声音是无指向性的球面波，即以声源为中心呈球面向四周扩散，周围均能听到声音。超声波频率很高，方向性 (即 束射性 )较强。当超声波发生体 压电晶体的直径尺寸远大于超声波波长时，则晶体所产生的超声波就类似于光
7、的特性。压电晶体片直径愈大或频率越高，即波长入愈短，则近场区的长度愈长，此超声波场的束射性就愈好。 3.2 超声波的透射、反射、折射与聚集 在一个黑暗的环境中将一束光线入射到一个盛满水的透明玻璃杯里。我们将十分清楚地看到光线在水面上产生的透射、反射与折射现象。由于频率较高，超声波在定向传播时，在两种不同媒质的分界面上会出现类似于光线的透射、反射和折射现象。超声波的聚集现象和光线的聚集现象是一样的。利用超声波聚 集装置可以将超声波束会聚到一点从而将超声波的声强提高几倍甚至几千倍利用这样巨大的声强可以用来超声波切割、超声波钻孔、超声波打磨等等。 3.3 超声波的吸收与衰减 声波在各种媒质中传播时。
8、由于媒质要吸收掉它的一部分能量，因此随着传播路程的增加，声波的强度会逐渐减弱。譬如，在一个广场上，一个乐队作街头演出当你从远处走近这个乐队时首先听到的是那音调低沉的鼓声，慢慢走近乐队，你会逐渐听到锁呐声、笛声、二胡声等；最后走到乐队周围时，你才会听到那音调很高的清脆的铃声。这个例子很生动地说明了各种不同频率的声波在空气 中传播时被吸收的程度是不同的。频率越高的声波，空气对它的吸收越弱，所以超声波传播的距离较长。 3.4 超声波的能量巨大 超声波之所以在工业、国防和医疗等方面发挥着独特而又巨大的作用。一个重要原因是超声波比其他声波更为强大的功率。根据有关声学实验测定，频率为 l00 万赫兹的超声
9、波的能量，要比同幅度的频率为 1000 赫兹的声波的能量大 100 万倍。可见拥有巨大的能量，是超声波的一个重要特点。 3.5 超声波的声压特性 所谓“声压”指的是由于声波的振动而使声场中的物体受到的附加压力的强度。超声波的声压数一般是很大的。例如 ，一般强度的超声波射入水中时，而产生的声压可以达到数个大气压。超声波之所以能够产生这样强的声压，其根本原因超声波的频率很高。所以进入介质时，高密度分子间的伸拉很快。致使其间形成瞬时的真空与压缩高密度区，产生巨大的压力差。当振幅达到一定程度时，超声波拥有的能量十分巨大。 8 4超声波的应用领域 4.1超声波在医学领域的应用 目前超声波在医学上的应用主
10、要用于检查，消毒和治疗。超声波诊断：目前医学应用的超声诊断方法有不同的形式大致可分为 A 型（以波形来显示组织特征的方法，主要用于测量器官的径线以判定其大小。 ）、 B 型（是用平面图形的形式来显示被探查组织的具体情况。）、 M 型（是用于观察活动界面时间变化的一种方法）及 D 型（是专门用来检测血液流动和器官活动的一种超声诊断方法，又称为多普勒超声诊断法）四大类。 1 4.2 超声波在农业领域的应用 超声波测定土壤中的铅，铅是一种对人体有害的元素，它是土壤分析中的常测元素。采用悬浮液直接进样火焰原子吸收光谱法测定土壤中的铅时，由于土壤样品的取样量大。使得悬乳液的粘度大、不易分散均匀从而影响进
11、样的特点。采用先用超声波处理悬浮液后进样的方法，使进样顺利和使悬浮液稳定时间长；十二 烷基硫酸钠 (SDS)增敏可以提高悬浮液直接进样火焰原子吸收光谱法测定的灵敏度。该方法快速、简单、准确，适用于各种土壤样品中铅的测定。 2 4.3 超声波在生物技术领域的应用 超声波在细胞工程中的应用：超声波对生物体有多方面的作用，在不破坏细胞的前提下，采用适当的频率，强度和辐照时间可以提高整个细胞的新陈代谢效率，加速细胞生长。 12 4.4 超声波在军事领域的应用 超声波在军事上主要是用于 探雷 ，导航，侦查，导弹制导，超声波武器 等。比如超声波枪，它发出的精细高能声波束能使 人们 晕头转向，丧失劫机能力
12、。 7 4.5 超声波在工业上的应用 超声波在食品工业上的应用：提高肉品品质。传统的肉嫩化处理是在滚筒中盐腌处理，但肉的味感变差，而用 40kHz 的超声处理肉 2h 后，肉之间的结合纤维得到适度破坏，使起结合作用的粘性凝胶蛋白释放，从而改善了肉的品质。在腌肉过程中，超声促进盐的渗透和肉中水分的脱出，从而提高了腌渍的效率。在嫩化工艺中加入超声处理，使工序得以优化。国外食品企业已将超声技术应用于嫩化肉。 4 5.超声波的展望 超声波在现在的社会中发展越来越快，也以其无污染的绿色效应而受到越来越多用户的关注，被广发应用于机械加 工， 测量， 美容，按摩，清洗， 疾病 治疗 等等。特别是在医学领域超
13、声波已经得到了很好的应用。 参考文献： 1李肇柏 .超声波诊断的基础 J.医疗装备 ,1991,(03)： 38 39 2牛草原 .宛新生 .宁爱民等 .超声波处理悬浮液直接进样火焰原子吸收光谱法测定土壤中的铅 J.光谱实验室 ,2004,9(5):1034 1036 3Son Ki Cheol， Byoun Hye-Jin， Chae Soo-Cheon Application of simple system for ultrasonic aeroponics on the rooting of pentas and Chrysanthemum， Journal of the Korean
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