超聲波的發(fā)展與應(yīng)用【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　電子信息工程</b></p><p><b>　　超聲波的發(fā)展與應(yīng)用</b></p><p>　　摘要：本文主要介紹了超聲波的定義,發(fā)展,特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。由于超聲波在傳播時(shí)方向性好，能量易于集中，能在各種不同媒質(zhì)中傳播

2、，且可傳播足夠遠(yuǎn)的距離，它與傳聲媒質(zhì)的相互作用適中，易于攜帶有關(guān)傳聲媒質(zhì)狀態(tài)的信息。因此超聲波技術(shù)得到了快速的發(fā)展，同時(shí)被廣泛的應(yīng)用于超聲處理，基礎(chǔ)研究，超聲檢驗(yàn)。由于超聲波所具有的特點(diǎn)，它在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域都得到了很好的應(yīng)用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：超聲波；超聲波技術(shù)；超聲處理；超聲檢測(cè)</p><p><b>　　1．引言</b></p&g

3、t;<p>　　聲波它是物體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動(dòng)是指物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近所進(jìn)行的往返運(yùn)動(dòng)形式。比如，敲擊鼓面后，它就上下振動(dòng)，這種振動(dòng)狀態(tài)通過(guò)空氣媒質(zhì)向各個(gè)方向傳播，這就是聲波。 超聲波是指振動(dòng)頻率大于20000Hz的,其每秒的振動(dòng)次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽(tīng)覺(jué)的上限（20000Hz），人們將這種聽(tīng)不見(jiàn)的聲波叫做超聲波。超聲和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點(diǎn)都是一種機(jī)械振動(dòng)模式，通常以縱波的

4、方式在彈性介質(zhì)內(nèi)傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點(diǎn)是超聲波頻率高，波長(zhǎng)短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的束射性和方向性，它是聲波大家族中的一員。[6] [8]</p><p>　　我們?nèi)祟?lèi)直到第一次世界大戰(zhàn)才學(xué)會(huì)利用超聲波，那時(shí)候只是利用“聲納”的原理來(lái)探測(cè)水中目標(biāo)及其狀態(tài)，如潛艇的位置等。但從超聲波的第一次運(yùn)用到現(xiàn)在，在這短短的幾十年的時(shí)間里超聲波技術(shù)得到了飛躍式的發(fā)展，不管是在農(nóng)業(yè)，工業(yè)，軍事還是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)

5、域都得到了應(yīng)用，并且不斷的革新，使超聲波的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。</p><p>　　2．超聲波的定義與發(fā)展</p><p><b>　　2.1超聲波的定義</b></p><p>　　超聲波是指振動(dòng)頻率大于20000Hz的,其每秒的振動(dòng)次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽(tīng)覺(jué)的上限（20000Hz），這種聽(tīng)不見(jiàn)的聲波就叫做超聲波。它也是聲波大家族中的一員。

6、超聲波的兩個(gè)主要參數(shù)： 頻率：F≥20K/Hz； 功率密度：p=發(fā)射功率(W)/發(fā)射面積(cm2);通常p≥0.3w/cm2。</p><p><b>　　2.2超聲波的發(fā)展</b></p><p>　　根據(jù)超聲波的發(fā)展進(jìn)程不同，超聲波的發(fā)展可分為國(guó)外發(fā)展和國(guó)內(nèi)發(fā)展：</p><p><b>　　2.2．1國(guó)際方面</b>

7、</p><p>　　自19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，在物理學(xué)上發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)與反壓電效應(yīng)之后，人們解決了利用電子學(xué)技術(shù)產(chǎn)生超聲波的方法，從此就迅速的揭開(kāi)了發(fā)展與推廣超聲技術(shù)的歷史篇章。 </p><p>　　1922年，在德國(guó)出現(xiàn)了首例超聲波治療的發(fā)明專(zhuān)利。</p><p>　　1939年發(fā)表了有關(guān)超聲波治療取得臨床效果的文獻(xiàn)報(bào)道。超聲波首次在醫(yī)學(xué)上得到了應(yīng)用。 <

8、;/p><p>　　40年代末期超聲治療在歐美興起，直到1949年召開(kāi)的第一次國(guó)際醫(yī)學(xué)超聲波學(xué)術(shù)會(huì)議上，才有了超聲治療方面的論文交流，為超聲治療學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1956年第二屆國(guó)際超聲醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議上已有許多論文發(fā)表，超聲治療進(jìn)入了實(shí)用成熟階段。</p><p><b>　　2.2．2國(guó)內(nèi)方面</b></p><p>　　國(guó)內(nèi)在超聲治療領(lǐng)域起步稍

9、晚，于20世紀(jì)50年代初只有少數(shù)醫(yī)院才開(kāi)展超聲治療工作，從1950年首先在北京開(kāi)始用800KHz頻率的超聲治療機(jī)治療多種疾病，至50年代開(kāi)始逐步推廣，并有了國(guó)產(chǎn)儀器。公開(kāi)的文獻(xiàn)報(bào)道始見(jiàn)于1957年。到了70年代有了各型國(guó)產(chǎn)超聲治療儀，超聲療法普及到全國(guó)各大型醫(yī)院。 </p><p>　　40多年來(lái)，全國(guó)各大醫(yī)院已積累了相當(dāng)數(shù)量的資料和豐富的臨床經(jīng)驗(yàn)。特別是20世紀(jì)80年代初出現(xiàn)的超聲體外機(jī)械波碎石術(shù)和超聲外科，是

10、結(jié)石癥治療史上的一次重大突破。如今已在國(guó)際范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。高強(qiáng)度聚焦超聲無(wú)創(chuàng)外科，已使超聲治療在當(dāng)代醫(yī)療技術(shù)中占據(jù)重要位置。而在21世紀(jì)(HIFU)超聲聚焦外科已被譽(yù)為是21世紀(jì)治療腫瘤的最新技術(shù)。[10]</p><p><b>　　3.超聲波的特性</b></p><p>　　由于頻率f與波長(zhǎng)入成反比，超聲波具有其特殊性，近似于光的某些特征。如束射性，由一種媒質(zhì)進(jìn)

11、入另外一種媒質(zhì)會(huì)發(fā)生折射、反射等，同時(shí)也有很強(qiáng)的被吸收性與衰減性．帶有很強(qiáng)的能量。以下介紹超聲波的幾個(gè)主要特性：</p><p>　　3.1超聲波的束射性</p><p>　　人耳可感受的聲音是無(wú)指向性的球面波，即以聲源為中心呈球面向四周擴(kuò)散，周?chē)苈?tīng)到聲音。超聲波頻率很高，方向性(即束射性)較強(qiáng)。當(dāng)超聲波發(fā)生體——壓電晶體的直徑尺寸遠(yuǎn)大于超聲波波長(zhǎng)時(shí)，則晶體所產(chǎn)生的超聲波就類(lèi)似于光的特

12、性。壓電晶體片直徑愈大或頻率越高，即波長(zhǎng)入愈短，則近場(chǎng)區(qū)的長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，此超聲波場(chǎng)的束射性就愈好。</p><p>　　3.2超聲波的透射、反射、折射與聚集</p><p>　　在一個(gè)黑暗的環(huán)境中將一束光線入射到一個(gè)盛滿水的透明玻璃杯里。我們將十分清楚地看到光線在水面上產(chǎn)生的透射、反射與折射現(xiàn)象。由于頻率較高，超聲波在定向傳播時(shí)，在兩種不同媒質(zhì)的分界面上．會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似于光線的透射、反射和折射現(xiàn)象

13、。超聲波的聚集現(xiàn)象和光線的聚集現(xiàn)象是一樣的。利用超聲波聚集裝置可以將超聲波束會(huì)聚到一點(diǎn)．從而將超聲波的聲強(qiáng)提高幾倍甚至幾千倍．利用這樣巨大的聲強(qiáng)可以用來(lái)超聲波切割、超聲波鉆孔、超聲波打磨等等。</p><p>　　3.3超聲波的吸收與衰減</p><p>　　聲波在各種媒質(zhì)中傳播時(shí)。由于媒質(zhì)要吸收掉它的一部分能量，因此隨著傳播路程的增加，聲波的強(qiáng)度會(huì)逐漸減弱。譬如，在一個(gè)廣場(chǎng)上，一個(gè)樂(lè)隊(duì)作

14、街頭演出．當(dāng)你從遠(yuǎn)處走近這個(gè)樂(lè)隊(duì)時(shí)．首先聽(tīng)到的是那音調(diào)低沉的鼓聲，慢慢走近樂(lè)隊(duì)，你會(huì)逐漸聽(tīng)到鎖吶聲、笛聲、二胡聲等；最后走到樂(lè)隊(duì)周?chē)鷷r(shí)，你才會(huì)聽(tīng)到那音調(diào)很高的清脆的鈴聲。這個(gè)例子很生動(dòng)地說(shuō)明了各種不同頻率的聲波在空氣中傳播時(shí)被吸收的程度是不同的。頻率越高的聲波，空氣對(duì)它的吸收越弱，所以超聲波傳播的距離較長(zhǎng)。</p><p>　　3.4超聲波的能量巨大</p><p>　　超聲波之所以在工業(yè)

15、、國(guó)防和醫(yī)療等方面發(fā)揮著獨(dú)特而又巨大的作用。一個(gè)重要原因是超聲波比其他聲波更為強(qiáng)大的功率。根據(jù)有關(guān)聲學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，頻率為l00萬(wàn)赫茲的超聲波的能量，要比同幅度的頻率為1000赫茲的聲波的能量大100萬(wàn)倍?？梢?jiàn)．擁有巨大的能量，是超聲波的一個(gè)重要特點(diǎn)。</p><p>　　3.5超聲波的聲壓特性</p><p>　　所謂“聲壓”指的是由于聲波的振動(dòng)而使聲場(chǎng)中的物體受到的附加壓力的強(qiáng)度。超聲波的

16、聲壓數(shù)一般是很大的。例如，一般強(qiáng)度的超聲波射入水中時(shí)，而產(chǎn)生的聲壓可以達(dá)到數(shù)個(gè)大氣壓。超聲波之所以能夠產(chǎn)生這樣強(qiáng)的聲壓，其根本原因超聲波的頻率很高。所以進(jìn)入介質(zhì)時(shí)，高密度分子間的伸拉很快。致使其間形成瞬時(shí)的真空與壓縮高密度區(qū)，產(chǎn)生巨大的壓力差。當(dāng)振幅達(dá)到一定程度時(shí)，超聲波擁有的能量十分巨大。[8]</p><p>　　4．超聲波的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　4.1超聲波在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用&

17、lt;/p><p>　　目前超聲波在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用主要用于檢查，消毒和治療。超聲波診斷：目前醫(yī)學(xué)應(yīng)用的超聲診斷方法有不同的形式．大致可分為A型（以波形來(lái)顯示組織特征的方法，主要用于測(cè)量器官的徑線．以判定其大小。）、B型（是用平面圖形的形式來(lái)顯示被探查組織的具體情況。）、M型（是用于觀察活動(dòng)界面時(shí)間變化的一種方法）及D型（是專(zhuān)門(mén)用來(lái)檢測(cè)血液流動(dòng)和器官活動(dòng)的一種超聲診斷方法，又稱(chēng)為多普勒超聲診斷法）四大類(lèi)。[1]</

18、p><p>　　4.2超聲波在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用</p><p>　　超聲波測(cè)定土壤中的鉛，鉛是一種對(duì)人體有害的元素，它是土壤分析中的常測(cè)元素。采用懸浮液直接進(jìn)樣火焰原子吸收光譜法測(cè)定土壤中的鉛時(shí)，由于土壤樣品的取樣量大。使得懸乳液的粘度大、不易分散均勻從而影響進(jìn)樣的特點(diǎn)。采用先用超聲波處理懸浮液后進(jìn)樣的方法，使進(jìn)樣順利和使懸浮液穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)；十二烷基硫酸鈉(SDS)增敏可以提高懸浮液直接進(jìn)樣火焰原

19、子吸收光譜法測(cè)定的靈敏度。該方法快速、簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確，適用于各種土壤樣品中鉛的測(cè)定。[2]</p><p>　　4.3超聲波在生物技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用</p><p>　　超聲波在細(xì)胞工程中的應(yīng)用：超聲波對(duì)生物體有多方面的作用，在不破壞細(xì)胞的前提下，采用適當(dāng)?shù)念l率，強(qiáng)度和輻照時(shí)間可以提高整個(gè)細(xì)胞的新陳代謝效率，加速細(xì)胞生長(zhǎng)。[12]</p><p>　　4.4超聲波在軍事領(lǐng)域

20、的應(yīng)用</p><p>　　超聲波在軍事上主要是用于探雷 ，導(dǎo)航，偵查，導(dǎo)彈制導(dǎo)，超聲波武器等。比如超聲波槍?zhuān)l(fā)出的精細(xì)高能聲波束能使人們暈頭轉(zhuǎn)向，喪失劫機(jī)能力。[7]</p><p>　　4.5超聲波在工業(yè)上的應(yīng)用</p><p>　　超聲波在食品工業(yè)上的應(yīng)用：提高肉品品質(zhì)。傳統(tǒng)的肉嫩化處理是在滾筒中鹽腌處理，但肉的味感變差，而用40kHz的超聲處理肉2h后，肉

21、之間的結(jié)合纖維得到適度破壞，使起結(jié)合作用的粘性凝膠蛋白釋放，從而改善了肉的品質(zhì)。在腌肉過(guò)程中，超聲促進(jìn)鹽的滲透和肉中水分的脫出，從而提高了腌漬的效率。在嫩化工藝中加入超聲處理，使工序得以優(yōu)化。國(guó)外食品企業(yè)已將超聲技術(shù)應(yīng)用于嫩化肉。[4]</p><p><b>　　5.超聲波的展望</b></p><p>　　超聲波在現(xiàn)在的社會(huì)中發(fā)展越來(lái)越快，也以其無(wú)污染的綠色效應(yīng)而

22、受到越來(lái)越多用戶的關(guān)注，被廣發(fā)應(yīng)用于機(jī)械加工，測(cè)量，美容，按摩，清洗，疾病治療等等。特別是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域超聲波已經(jīng)得到了很好的應(yīng)用。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]李肇柏.超聲波診斷的基礎(chǔ)[J].醫(yī)療裝備,1991,(03)：38—39．</p><p>　　[2]牛草原.宛新生.寧愛(ài)民等.超聲波處理懸浮

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