超声的基础知识

超声的基础知识

超声波基本概念与特性

超声波是一种波长极短的机械波，波长通常小于2厘米。根据频率不同，可分为低频、中频和高频超声波。波长越短，频率越高；波长越长，频率越低。超声波在不同介质中传播速度不同，通常在固体中传播最快，液体中次之，气体中最慢。超声波必须依靠介质进行传播，无法在真空中传播。介质密度、温度、压力等因素会影响超声波的传播速度和效果。能量表现及转换方式转换方式超声波可通过物理效应、化学效应等方式实现能量的转换和利用。能量表现超声波在传播过程中表现出多种能量形式，如振动能、热能等。

超声波产生与传播原理

某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象，当外加电场撤去时，这些变形也随之消失。晶体在电场作用下，正负电荷中心发生相对位移，形成电偶极矩。晶体在电场作用下，产生伸长或缩短的机械变形。通过放大电路将信号放大，以驱动超声波换能器工作。采用开关电源技术，将电源能量高效地转换成超声波能量。将电能转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号。超声波发生器将高频电信号转换成机械振动，产生超声波。

超声波在传播过程中，随着距离的增加，声波能量逐渐扩散，导致声压级降低。介质会吸收部分声波能量，导致声波能量衰减。超声波遇到介质中的颗粒或界面时，会发生散射现象，导致声波能量损失。超声波在介质表面或部分界面上会发生反射和透射，导致声波传播方向改变，能量损失。超声波在遇到介质界面时，会发生反射现象，反射角等于入射角。超声波从一种介质进入另一种介质时，由于声速的变化，会发生折射现象，折射角不等于入射角。两个或多个超声波源发出的声波在空间某些区域相遇时，会发生干涉现象，形成加强区或减弱区。超声波在通过孔洞或绕过障碍物时，会发生衍射现象，产生绕射波和衍射波。

超声波检测技术及应用领域

超声探伤具有检测速度快、灵敏度高、定位准确、对材料和人体无害等优点，但检测结果易受材料组织、表面状况等因素影响。利用超声波在物质中传播时遇到不同介质界面或缺陷时产生的反射、折射和散射等现象来检测材料内部的缺陷。超声探伤方法包括脉冲反射法、穿透法和共振法等多种方法，其中脉冲反射法最为常用。

利用超声波在人体组织中的传播特性，通过接收反射回来的信号进行处理，形成图像。医学超声成像原理包括彩色超声成像系统、B超、彩超等，其中彩色超声成像系统能提供更丰富的诊断信息。医学超声成像设备广泛应用于妇产科、心脏科、腹部脏器、浅表器官及肌肉骨骼等领域的疾病诊断。

在不破坏被检测对象的前提下，利用物理方法对材料或部件进行检测，评估其完整性、性能及可靠性。工业无损检测方法除超声波检测外，还包括射线检测、磁粉检测、渗透检测等多种方法，每种方法都有其适用范围和局限性。超声波检测因其独特的优势，在电力、石化、钢铁、航空航天等工业领域得到广泛应用，用于检测金属材料的内部缺陷、测量厚度等。

可用于材料的晶粒度、应力状态、硬度等力学性能的测定，以及材料内部结构的检测。可用于空气、水、土壤等介质的污染监测，以及管道泄漏、液位测量等领域的检测。可用于海底地形测绘、水下目标探测、鱼群探测等，为海洋开发和科学研究提供重要手段。

超声波加工处理技术介绍

超声波在液体中产生空化作用，形成微小气泡，气泡在瞬间崩溃时产生强烈冲击波，将工件表面的污垢剥离。超声波清洗广泛应用于精密零件、光学镜片、医疗器械等领域，有效清除表面污垢，提高工件质量。清洗工件表面，确保无油污、氧化层等杂质，以保证焊接质量。将超声波作用于工件接触面，通过高频振动使接触面产生摩擦热，同时施加压力使工件紧密结合。检查焊接质量，如有无裂纹、气泡等缺陷，必要时进行修补或重焊。

超声波钻孔技术可加工小孔径、深孔等难加工部位，且孔径精度高、孔壁光滑。超声波切割技术可实现精细切割，切缝窄、精度高，适用于硬脆材料的切割。超声波在液体中传播时，对悬浮在液体中的颗粒产生强烈振动，使其相互碰撞、破碎，达到粉碎效果。超声波可使液体中的油类、脂肪等物质乳化，形成均匀分散的乳浊液，提高液体的稳定性。

超声波安全防护措施与规范

超声波频率高于人耳可听范围，但长时间暴露可能对人耳造成听力损伤。超声波在生物组织内传播时，可能引起细胞振动和升温，对生物组织造成损伤。超声波可能影响电子设备的正常运行，导致数据丢失或设备损坏。

对于暴露于超声波环境下的人员，应佩戴合适的耳塞或耳罩，以减少超声波对听力的损害。超声波可能对眼睛造成损伤，因此应佩戴防护眼镜或面罩。超声波可能通过皮肤进入人体，因此应穿着长袖衣服、长裤和手套等防护措施。制定详细的超声波操作规程，确保工作人员了解并遵守相关安全规定。定期对超声波设备进行检查和维护，确保其处于良好工