超聲
ultrasonic(ultrasound)
聲音是與人類生活緊密相聯(lián)的一種自然現(xiàn)象。當聲的頻率高到超過人耳聽覺的頻率極限(根據(jù)大量調(diào)查,取整數(shù)20000赫)時,
人們就覺察不出聲的存在,因而稱這種高頻率的聲為“超”聲。
超聲波的特點
束射特性
由于超聲波的波長短,超聲波射線可以和光線一樣,能夠反射、折射,也能聚焦,而且.遵守幾何光學上的定律。即超聲波射線從一種物質(zhì)表面反射時,入射角等于反射角,當射線透過一種物質(zhì)進入另一種密度不同的物質(zhì)時就會產(chǎn)生折射,也就是要改變它的傳插方向,兩種物質(zhì)的密度差別愈大,則折射也愈大。
吸收特性
聲波在各種物質(zhì)中傳播時,隨著傳播距離的增加,強度會漸進減弱,這是因為物質(zhì)要吸收掉它的能量。
對于同一物質(zhì),聲波的頻率越高,吸收越強。
對于一個頻率一定的聲波,在氣體中傳播時吸收*歷害,在液體中傳播時吸收比較弱,在固體中傳播時吸收*小。
超聲波的能量傳遞特性
超聲波所以往各個工業(yè)部門中有廣泛的應(yīng)用,主要之點 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?因為當聲波到達某一物資中時,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。物資分子由于振動所獲得的能量除了與分子的質(zhì)量有關(guān)外,是由分子的振動速度的平方?jīng)Q定的,所以如果聲波的頻率愈高,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可以高很多,所以它可以使物資分子獲得很大的能量;換句話說,超聲波本身可以供給物質(zhì)足夠大的功率。
超聲波的聲壓特性
當聲波通入某物體時,由于聲波振動使物質(zhì)分子產(chǎn)生壓縮和稀疏的作用,將使物質(zhì)所受的壓力產(chǎn)生變化。由于聲波振動引起附加壓力現(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)生顯諸的聲壓作用、例如當水中通過一般強度的超聲波時,產(chǎn)生的附加壓力可以達到好幾個大氣壓力。液體中存起著如此巨大的聲壓作用,就 會引起值得注意的現(xiàn)象。當超聲波振動使液體分子壓縮時,好象分子受到來直四面八方的壓力;當超聲波振動使液體分子稀疏時,好象受到向外散開的拉力,對于液體,它們比較受得住附加壓力的作用,所以在受到壓縮力的時候;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 地方,液體就會斷裂開來,這種斷裂作用特別容易發(fā)生在液體中存在雜質(zhì)或氣泡的地方,因為這些地方液體的強度特別低,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)生斷裂的結(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??涨婚]合的時候會 產(chǎn)生很大的瞬時壓力,一般可以達到幾千甚至幾萬個大氣壓力。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,可以使浮懸在液體中 的固體表面受到急劇破壞。我們常稱之為空化現(xiàn)象。
超聲波的應(yīng)用具有以下的特點:
1. 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)用場合是主要的考慮因素。
2. 頻率高時,相應(yīng)地波長將變短,因而波長可與傳播超聲波的試樣材料的尺寸相比擬,甚至波長可遠小于試樣材料的尺寸.這在厚度尺寸很小的測量應(yīng)用中以及在高分辨率的探傷應(yīng)用中是非常重要的。
3. 超聲波用起來很安靜,人們聽不到它。這一點在高強度工作場合尤為重要。這些高強度的工作用可聞頻率的聲波來完成時往往更有效,然而遺憾的是,可聞聲波工作時所產(chǎn)生的噪聲令人難以忍受,有時甚至是對人體有害的。
德國EPK MiniTest 400系列超聲波測厚儀依照此原理,能夠無損測量物體厚度。
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