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超聲波的傳播形式和特點

更新時間:2017-08-30  |  點擊率:15160
 超聲波和聲波一樣,是一種機械波, 由介質(zhì)中的質(zhì)點受到外力的作用而發(fā)生周期性振動產(chǎn)生的。超聲波在介質(zhì)中傳播的波形取決于介質(zhì)可以承受何種作用力以及如何對介質(zhì)激發(fā)超聲波。通常有如下三種:縱波波型、橫波波型、表面波波型。

  
縱波波型:當介質(zhì)中質(zhì)點振動方向與超聲波的傳播方向一致時,此超聲波為縱波波型。任何固體介質(zhì)當其體積發(fā)生交替變化時均能產(chǎn)生縱波。
  
橫波波型:當介質(zhì)中質(zhì)點的振動方向與超聲波的傳播方向相垂直時,此種超聲波為橫波波型。由于固體介質(zhì)除了能承受體積變形外,還能承受切變變形,因此,當其有剪切力交替作用于固體介質(zhì)時均能產(chǎn)生橫波。橫波只能在固體介質(zhì)中傳播。
  
表面波波型:沿著固體表面?zhèn)鞑サ木哂锌v波和橫波的雙重性質(zhì)的波稱表面波。表面波可以看成是由平行于表面的縱波和垂直于表面的橫波合成, 振動質(zhì)點的軌跡為一橢圓,在距表面1/4波長深處振幅強,隨著深度的增加很快衰減,實際上離表面一個波長以上的地方,質(zhì)點振動的振幅已經(jīng)很微弱了。

 

超聲波在我們的日常生產(chǎn)生活中扮演著舉足輕重的角色和其本身的特點是離不開的,性質(zhì)決定其用途,與普通聲波相比,超聲波具有許多優(yōu)點,如下:  

1)直射性好。超聲波的頻率相對來說比較高,它的波長和聲波相比之下要短的多,衍射現(xiàn)象也不是很明顯,容易得到定向而集中的波束,在一定距離內(nèi)可沿著直線傳播,在遇到障礙物時會發(fā)生反射,遵循反射與折射定律。

  

2)功率大。這是由超聲波本身的特點所決定的,因其波長相對較短,頻率也較高,本身又屬于能量的傳播形式,這也就說明它本身是攜帶了更強的能量,大功率的超聲波簡稱功率超聲。

  

3)穿透能力強。超聲波在固體或者液體中時衰減很小,這也是其在水下探測及探傷方面取得重要應(yīng)用的原因所在,介質(zhì)吸收系數(shù)隨波的頻率增大而增大,超聲波的頻率增加時其穿透本領(lǐng)會下降,因此在不同的應(yīng)用中,其頻率的選擇不同。在不透明的固體中,超聲波能夠無損穿透幾十米的厚度,這反面可用于金屬等材料的探傷,液體中用于海底地形掃測和偵察,超聲波在遇到雜質(zhì)或者介質(zhì)分界面時會有明顯的反射,但其弱點在于超聲波在空氣中衰減較快,無法利用超聲波進行空中遠距離探測。

  

4)能產(chǎn)生空化作用。超聲波在液體中傳播時,由于其本身是一種機械波,若液體受壓產(chǎn)生逐級壓,相對比較穩(wěn)定,因此液體能耐壓,而承受拉力的能力卻很差,因此當超聲波的波濃度足夠大時,承受不住拉力而發(fā)生斷裂,導(dǎo)致其產(chǎn)生近似于真空或者只含少量氣體的空穴,在聲波的壓縮階段,這些空穴也被壓縮,直到它們崩潰,在這些空穴崩潰過程中將會發(fā)生放電并伴隨發(fā)光現(xiàn)象,此現(xiàn)象被稱作空化作用。也正是由于這些特點的存在,促使超聲波走進我們的生產(chǎn)生活之中,在國防、醫(yī)療,科技創(chuàng)新、農(nóng)業(yè)等許多領(lǐng)域得到了重要的應(yīng)用。

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