淺談超聲波的物理應用

淺談超聲波的物理應用

　　超聲學是隨著它在國防、工農業生產、醫學、基礎研究等領域中應用的不斷深入而得到發展的，下面是小編搜集整理的一篇探究超聲波物理應用的論文范文，歡迎閱讀查看。

　　摘要：超聲學是一門應用性和邊緣性很強的學科，從它一百多年來的發展可以看出，超聲學是隨著它在國防、工農業生產、醫學、基礎研究等領域中應用的不斷深入而得到發展的。它不斷借鑒電子學、材料科學、光學、固體物理等其他學科的內容，而使自己更加豐富。同時，超聲學的發展又為這些學科的發展提供了一些重要器件和行之有效的研究手段。如超聲探傷和超聲成像技術都是借鑒了雷達的原理和技術而發展起來的，而超聲的發展又為電子學、光電子學、雷達技術的發展提供了超聲延遲線、濾波器、卷積器、聲光調制器等重要的體波和表面波器件。

　　關鍵詞：超聲波 物理 應用 農業 醫學

　　一、概述

　　所謂超聲波，是一種質點振動頻率高于20kHz的機械波，因其頻率超過人耳能聽見的聲頻段16Hz～20kHz而得名超聲波。無損檢測用的超聲波頻率范圍為0.2～25MHz。其中最常用的頻率為0.5～10MHz。較高的頻率主要用于細晶材料和高靈敏度檢測。如檢測金屬陶瓷等超細材料10～200MHz頻段，甚至更高，而較低的頻率則常用語衰減較 大和粗晶材料的檢測。如檢測混泥土結構常用1MHz以下的頻率。超聲波是聲波大家族中 的一員，和可聞聲本質上是一致的。它們的共同點都是一種機械振動，通常以縱波的方式在 彈性介質內傳播，是一種能量和動量的傳播形式，其不同點是超聲頻率高，波長短，在一定 距離內沿直線傳播，具有良好的束射性和方向性。超聲波的波長遠大于分子尺寸，說明超 聲波本身不能直接對分子起作用，而是通過周圍環境的物理作用影響分子，所以超聲波的作 用與其作用的環境密切相關。超聲波既是一種波動形式，又是一種能量形式，在傳播過程中與媒介相互作用產生超聲效應。

　　二、超聲波的應用

　　超聲波在工農業生產中有極其廣泛的應用。包括超聲波檢測、超聲波探傷、功率超聲、超聲波處理、超聲波診斷、超聲波治療等。超聲波在工業中可用來對材料進行檢測和探傷，可以測量氣體、液體和固體的物理參數，可以測量厚度、液面高度、流量、粘度和硬度等，還可以對材料的焊縫、粘接等進行檢查。超聲波清洗和加工處理可以應用于切割、焊接、噴霧、乳化、電鍍等工藝過程中。超聲波清洗是一種高效率的方法，已經用于尖端和精密工業。大功率超聲可用于機械加工，使超聲波在拉管、拉絲、擠壓和鉚接等工藝中得到應用。應用在醫學中的超聲波診斷發展甚快，已經成為醫學上三大影象診斷方法之一，與X線、同位素分別應用于不同場合，例如超聲波理療、超聲波診斷、腫瘤治療和結石粉碎等。在農業中，可以用超聲波對有機體細胞的殺傷的特性來進行消毒滅菌，對作物種子進行超聲波處理，有利于種子發芽和作物增產。此外超聲波的液體處理和凈化可應用于環境保護中，例如超聲波水處理、燃油乳化、大氣除塵等。微波超聲的重點放在微波電子器件，已經制成了超聲波延遲線、聲電放大器、聲電濾波器、脈沖壓縮濾波器等。

　　三、超聲波在農業方面的具體應用

　　應用超聲波處理種子，早在前蘇聯就已有了不少研究。根據外國文獻所載，少量的超聲波能刺激細胞分裂，中等量的超聲波會抑制細胞分裂，大量的能引起細胞死亡。在上世紀，就有人用超聲波對菠菜和白菜種子進行實驗。其實驗結果顯示，在對白菜種子用超聲波處理1分鐘和2分鐘時，其種子的發芽率為92%～96%，而未用超聲波處理的白菜種子發芽率為88%。在對菠菜種子用超聲波處理1分鐘后，其出土率為85%，而未用超聲波處理的菠菜種子出土率為40%。用超聲波處理的種子在日后增產也比較顯著。低頻脈沖超聲波對小麥幼苗變異較明顯。經超聲波照射的水培變異幼苗，出現率為8.57±8.25%，對照的自然變異出現率為1.00±1.28%;田間種植變異幼苗出現率為18.21±2.54%，對照的自然變異出現率為14.58±2.59%。經照射的咸農68小麥單株粒重超過親本的家系達55.17%，超親達1%顯著水準占超親家系87.50%。經照射的四方穗小麥，單株粒重超親家系達69.23%，達到1%顯著水準的超親家系占77.78 。

　　超聲波犁田。傳統的翻地犁需要笨重的機器牽引，這不僅會壓實深層的土壤，使其不能保持水分和養料;而且翻起的地表土會被風和雨水侵蝕。這是許多農民的一大心病。此外，由于多次的翻犁，植物的根以及腐爛的殘留植物被翻出地表，他們會散發出二氧化碳氣體。約旦的農機工程師奈達?阿布哈德發明了利用超聲波松土。他的實驗結果顯示：松土可達土壤超聲處理對植物呼吸作用的影響。關于植物呼吸作用的研究一直是植物生理學研究的一個熱點，特別對農作物來說，其呼吸作用的大小直接關系到產量的高低，所以它的研究對農業的發展具有十分重要的理論和實際意義。1975年Albu E研究發現低頻率超聲波(25kHz)處理蔬菜之后，一年生植物(如番茄和黃瓜)的呼吸強度下降，而兩年生植物(如卷心菜和洋蔥)的呼吸強度上升。自此我們可以推測，利用超聲處理相關的農作物可以提高作物的產量。 深度20cm。這完全滿足了一般農作物的松土深度。

　　四、超聲波在醫療方面的應用

　　醫學上最早利用超聲波是在1942年，奧地利醫生杜西克首次用超聲技術掃描腦部結構;以后到了60年代醫生們開始將超聲波應用于腹部器官的探測。如今超聲波掃描技術已成為現代醫學診斷不可缺少的工具。 醫學超聲波檢查的工作原理與聲納有一定的相似性，即將超聲波發射到人體內，當它在體內遇到界面時會發生反射及折射，并且在人體組織中可能被吸收而衰減。因為人體各種組織的形態與結構是不相同的，因此其反射與折射以及吸收超聲波的程度也就不同，醫生們正是通過儀器所反映出的波型、曲線，或影象的特征來辨別它們。此外再結合解剖學知識、正常與病理的改變，便可診斷所檢查的器官是否有病。 目前，醫生們應用的超聲診斷方法有不同的形式，可分為A型、B型、M型及D型四大類。

　　超聲治療學是超聲醫學的重要組成部分。超聲治療時將超聲波能量作用于人體病變部位，以達到治療疾患和促進機體康復的目的。 醫學超聲波檢查的工作原理與聲納有一定的相似性即將超聲波發射到人體內，當它在體內遇到界面時會發生反射及折射，并且在人體組織中可能被吸收而衰減。因為人體各種組織的形態與結構是不相同的，因此其反射與折射以及吸收超聲波的程度也就不同，醫生們正是通過儀器所反映出的波型、曲線或影象的特征來辨別它們。此外再結合解剖學知識、正常與病理的改變，便可診斷所檢查的器官是否有病。

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