Генерація ультразвуку

& quot;супер" Характер ультразвуку походить від того, що нижня межа його частотного діапазону перевищує слух людини, але якщо аналізувати його з точки зору довжини хвилі, довжина хвилі ультразвуку насправді менша. Довжиною хвилі вчені називають відстань між двома сусідніми піками або впадинами хвилі. Довжина хвилі механічних хвиль, яку чує наше людське вухо, становить 2 см ~ 20 м (2 см ~ 20 м). Тому механічні хвилі з довжиною хвилі менше 2 см ми називаємо ультразвуком &." Однак у практичному застосуванні механічні хвилі з довжиною хвилі нижче 3,4 см (вище 10000 Гц) можна розглядати як ультразвукове дослідження. Довжина хвилі ультразвуку, що зазвичай використовується для медичної діагностики, становить 10 мкм ~ 350 мкм.

Ультразвук є різновидом механічної хвилі. Він повинен покладатися на середовище для поширення і не може існувати у вакуумі (наприклад, космос). Тому ми не можемо використовувати ультразвук у вакуумі, але все одно можемо використовувати обладнання, пов’язане з електромагнітними хвилями (включаючи радіохвилі, мікрохвилі та інфрачервоні промені). , видиме світло, ультрафіолетові промені, рентгенівські промені, гамма-промені тощо), з використанням технології електромагнітних хвиль.

У повітрі ультразвукові хвилі відносяться до механічних хвиль з довжиною хвилі менше 2 см (наприклад, 1,7 см, довжина хвилі 2 см відповідає 17000 Гц, довжина хвилі 1,7 см відповідає 20000 Гц, фактично немає фіксованого стандарту, просто значення, яке легко запам'ятати), а його довжина хвилі дуже коротка. Нижче загальної нижньої межі людського слуху (2 см), люди називають цю нечутну механічну хвилю ультразвуком, а довжина хвилі інфразвукових хвиль зазвичай перевищує 20 метрів (наприклад, 17 метрів, довжина хвилі 20 метрів відповідає 17 Гц, довжина хвилі 17 метрів відповідає 20 Гц), вище за верхню межу довжини хвилі слуху. У практичному застосуванні ультразвукові хвилі часто збігаються з діапазоном короткохвильових звукових хвиль, а механічні хвилі з довжиною хвилі менше 3,4 см (10000 Гц) можна вважати ультразвуковим дослідженням.

Його довжина хвилі набагато коротша, ніж звичайні звукові хвилі, тому його можна використовувати для різання, зварювання, свердління тощо. Через свою коротку довжину хвилі він має багато характеристик: по-перше, анізотропія поширення, викликана короткою довжиною хвилі, а також через його коротка довжина хвилі і погана дифракційна здатність. Хоча він має хорошу анізотропію, він має великі втрати в повітрі і не може передаватися. Далеко, погано проникає, легко розкидається. Ультразвук широко використовується в промисловості та медицині для ультразвукового виявлення. Ультразвук, інфразвук і акустичний звук по суті однакові. Спільним для них є механічна хвиля, яка зазвичай поширюється в пружних середовищах у вигляді поздовжніх хвиль. Це форма поширення енергії. Різниця полягає в ультразвукових хвилях. Довгий і короткий, він може рухатися по прямій на певній відстані з невеликою дифракцією і має хорошу анізотропію. Однак у порівнянні з чутним звуком та інфразвуком він має погану проникну здатність і легко розсіюється.

Закони поширення відбиття, заломлення, дифракції та розсіювання ультразвукових хвиль у середовищі суттєво не відрізняються від законів інфразвуку та чутних звукових хвиль. Але довжина хвилі ультразвуку дуже коротка, всього кілька сантиметрів, навіть кілька тисячних міліметра. У порівнянні з іншими хвилями ультразвукові хвилі мають багато характеристик: характеристики поширення — довжина хвилі ультразвукових хвиль дуже мала, а розміри звичайних перешкод у багато разів більші за довжину хвилі ультразвукових хвиль. Тому ультразвукові хвилі мають погане проникнення, погану дифракційну здатність і легке розсіювання. . Він може поширюватися прямолінійно в однорідному середовищі, але його важко дифрагувати. Чим коротша довжина хвилі ультразвукової хвилі, тим очевидніша характеристика. Крім того, відповідно до закону розсіювання Релея, інтенсивність розсіяної хвилі обернено пропорційна четвертому ступені довжини хвилі, а довжина хвилі ультразвукової хвилі надзвичайно мала. , Отже, розсіювання дуже серйозне, а проникаюча здатність не дуже хороша. Кавітація ─ ─ Коли ультразвукова хвиля поширюється в середовищі, відбувається зміна позитивного і негативного періоду. У позитивній фазі ультразвукова хвиля стискає молекули середовища, щоб змінити початкову щільність середовища і збільшити її; у фазі негативного тиску Коли молекули середовища розріджені і далі дисперговані, щільність середовища зменшується. Коли до рідкого середовища подається досить сильна ультразвукова хвиля, середня відстань між молекулами середовища перевищить критичну молекулярну відстань, яка підтримує рідке середовище постійною. Відбувається перелом і утворюються мікробульбашки. Ці маленькі порожнини швидко розширюються і закриваються, викликаючи сильні зіткнення частинок рідини, що призводить до тиску від тисяч до десятків тисяч атмосфер. Ця бурхлива взаємодія між частинками має хороший ефект перемішування, так що дві рідини, що не змішуються (такі як вода і масло) емульгують і прискорюють розчинення розчиненої речовини. Різні ефекти, викликані дією ультразвукових хвиль в рідині, називаються ультразвуковою кавітацією.