超聲波是什么？

     超聲波是一種頻率高于20000赫茲的聲波，人耳通常聽(tīng)不見(jiàn)。超聲波的方向性好，穿透能力強(qiáng)，容易獲得較集中的聲波能量，在水中傳播距離遠(yuǎn)。由于這些特點(diǎn)，超聲波在日常生活中的應(yīng)用非常廣泛，可用于測(cè)距、測(cè)速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。超聲波的產(chǎn)品想必大家都用過(guò)，比如去醫(yī)院洗牙，去眼鏡店洗眼鏡，體檢的時(shí)候做B超等。有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)超聲波還是挺神通廣大的呢？

     來(lái)實(shí)驗(yàn)室看看奇妙的超聲應(yīng)用在中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所的超聲技術(shù)中心，近百名科研人員每天都在鉆研與超聲有關(guān)的問(wèn)題。超聲技術(shù)中心的前身是由我國(guó)著名物理學(xué)家和教育家應(yīng)崇福院士創(chuàng)立的超聲室。目前共有五大研究方向，分別是檢測(cè)聲學(xué)與海洋裝備無(wú)損檢測(cè)、固體聲學(xué)與海洋深部鉆測(cè)、微聲學(xué)與微器件、醫(yī)用聲學(xué)、計(jì)算聲學(xué)與聲能應(yīng)用。下面大院er就帶你走進(jìn)超聲技術(shù)中心，觀看和體驗(yàn)一下超聲波科普實(shí)驗(yàn)，近距離感受超聲波如何大顯神通。

1.超聲清洗

      超聲清洗，是指利用超聲波去除液體中樣品表面污垢的過(guò)程，比如清除眼鏡表面的油漬或者灰塵。在這里，主要利用超聲波在液體中發(fā)生空化時(shí)產(chǎn)生微射流、沖擊波等強(qiáng)聲效應(yīng)，剝離樣品表面的污垢，達(dá)到清洗的目的，就像高壓槍清洗汽車(chē)一樣。目前，超聲清洗已經(jīng)是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室、醫(yī)院等場(chǎng)合都已經(jīng)應(yīng)用。超聲清洗機(jī)也已經(jīng)成為生活電器之一，用來(lái)清潔眼鏡、首飾等日常用品。

2.超聲乳化

      超聲乳化，是指在超聲波能量作用下，使兩種（或兩種以上）很難相溶液體（比如油和水）混合均勻形成分散物系，其中一種液體均勻分布在另一液體之中而形成乳狀液的過(guò)程。超聲乳化處理形成的乳狀液均勻性和穩(wěn)定性好，所以，女士們經(jīng)常用的乳液等化妝品、醫(yī)院里面的乳制藥品，還有乳制食品都可以應(yīng)用超聲乳化制備而成。沒(méi)想到吧？

3.超聲霧化

      北方天氣比較干燥，很多家庭都會(huì)使用加濕器。插上電后，加濕器就開(kāi)始冒“煙”。其實(shí)，這“煙”不是真正的煙，而是顆粒很小的霧滴。那加濕器是怎么把大水滴變成小霧滴的呢？加濕器的底部有一個(gè)超聲波發(fā)射器，發(fā)出的超聲波就跟火箭噴發(fā)一樣，把水擊碎成很多微小的小水滴沖出水面，就變成我們看到的霧化效果了。由于它并不是水加熱蒸發(fā)，所以摸起來(lái)還是涼涼的。醫(yī)院里面的霧化器也是使用超聲波進(jìn)行霧化。

4.動(dòng)態(tài)光彈（tán）成像

      我們知道，聲波是看不見(jiàn)的。但是利用動(dòng)態(tài)光彈成像，我們就可以非常直觀地看到聲波在透明固體中的傳播路線。固體中的超聲波具有改變光偏振方向的能力，即暫時(shí)雙折射效應(yīng)。有些物質(zhì)（如玻璃、塑料、環(huán)氧樹(shù)脂）通常不發(fā)生雙折射，但當(dāng)它們內(nèi)部有應(yīng)力或者受到電場(chǎng)作用，就會(huì)出現(xiàn)雙折射現(xiàn)象。一般而言，自然光難以通過(guò)兩片相互垂直的偏振片，當(dāng)帶有超聲的透明試塊置于兩塊相互垂直的偏振片之間時(shí)，由于暫時(shí)雙折射效應(yīng)，部分入射光得以通過(guò)，并被成像屏捕捉，從而顯示出超聲波的波形。通過(guò)時(shí)延同步裝置調(diào)節(jié)入射光與超聲發(fā)射的延時(shí)，即可觀察超聲的軌跡。與解析和數(shù)值方法相比，動(dòng)態(tài)光彈成像法提供的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為準(zhǔn)確和接近實(shí)際物理模型，能夠?qū)?shù)值模擬方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

5.“工業(yè)B超”

      超聲遇到傳播介質(zhì)的不均勻或不連續(xù)處會(huì)產(chǎn)生反射和衍射，利用超聲的這種特性，科研人員開(kāi)發(fā)了醫(yī)用B超（比如給胎兒拍攝第一張照片）與“工業(yè)B超”。

醫(yī)用B超

      超聲波診斷儀可分為A、B、C、F四類(lèi)，其中最常用的是B類(lèi)。平時(shí)說(shuō)的“B超”就是向人體發(fā)射超聲波，同時(shí)接受體內(nèi)臟器的反射波，將所攜信息反映在屏幕上。超聲和普通的聲音一樣，能定向傳播，一部分聲音穿透物體，一部分聲音被組織吸收，一部分聲音被反射，B超運(yùn)用反射的信號(hào)確定被探測(cè)組織形狀，其原理和蝙蝠和海豚的回聲定位原理類(lèi)似，運(yùn)用發(fā)射信號(hào)與回波信號(hào)的時(shí)間差來(lái)確定組織的位置信息。特別是在組織界面，超聲波具有較強(qiáng)的反射，這些較強(qiáng)的反射信號(hào)用來(lái)刻畫(huà)重建組織器官的外貌。由于不同聲波的穿透深度，波長(zhǎng)長(zhǎng)短不一樣，用在特定身體檢查上的超聲一般在就確定在2MHz到15MHz范圍。在臨床成像中，超聲的探頭會(huì)直接接觸于皮膚表面，探頭和皮膚中間涂有耦合粘液以便超聲信號(hào)在探頭和組織器官之間的傳輸。

6. 超聲無(wú)損探傷

     最簡(jiǎn)單的常規(guī)超聲無(wú)損探傷設(shè)備由3個(gè)部分組成，分別是超聲發(fā)射接收模塊、超聲換能器以及示波器。首先，超聲發(fā)射接收模塊產(chǎn)生電脈沖，進(jìn)入超聲換能器之后變成超聲波。超聲波在被測(cè)工件內(nèi)部傳播時(shí)，遇到缺陷會(huì)反射并被換能器接收，最后在示波器界面展示出來(lái)異常信號(hào)。所以，通過(guò)移動(dòng)換能器并觀察缺陷回波的大小和到達(dá)時(shí)間，我們可以判斷出缺陷的位置，估計(jì)出缺陷的形狀和大小，從而完成對(duì)工件的無(wú)損檢測(cè)。