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</p><p><b>　　1．引言</b></p&g

3、t;<p>　　聲波它是物體機(jī)械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動是指物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近所進(jìn)行的往返運(yùn)動形式。比如，敲擊鼓面后，它就上下振動，這種振動狀態(tài)通過空氣媒質(zhì)向各個方向傳播，這就是聲波。 超聲波是指振動頻率大于20000Hz的,其每秒的振動次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的上限（20000Hz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。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)祟愔钡降谝淮问澜绱髴?zhàn)才學(xué)會利用超聲波，那時候只是利用“聲納”的原理來探測水中目標(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>　　超聲波是指振動頻率大于20000Hz的,其每秒的振動次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的上限（20000Hz），這種聽不見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)展可分為國外發(fā)展和國內(nèi)發(fā)展：</p><p><b>　　2.2．1國際方面</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，從此就迅速的揭開了發(fā)展與推廣超聲技術(shù)的歷史篇章。 </p><p>　　1922年，在德國出現(xiàn)了首例超聲波治療的發(fā)明專利。</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年召開的第一次國際醫(yī)學(xué)超聲波學(xué)術(shù)會議上，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年第二屆國際超聲醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)會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國內(nèi)方面</b></p><p>　　國內(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)院才開展超聲治療工作，從1950年首先在北京開始用800KHz頻率的超聲治療機(jī)治療多種疾病，至50年代開始逐步推廣，并有了國產(chǎn)儀器。公開的文獻(xiàn)報道始見于1957年。到了70年代有了各型國產(chǎn)超聲治療儀，超聲療法普及到全國各大型醫(yī)院。 </p><p>　　40多年來，全國各大醫(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。如今已在國際范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。高強(qiáng)度聚焦超聲無創(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)會發(fā)生折射、反射等，同時也有很強(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指向性的球面波，即以聲源為中心呈球面向四周擴(kuò)散，周圍均能聽到聲音。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)大于超聲波波長時，則晶體所產(chǎn)生的超聲波就類似于光的特

12、性。壓電晶體片直徑愈大或頻率越高，即波長入愈短，則近場區(qū)的長度愈長，此超聲波場的束射性就愈好。</p><p>　　3.2超聲波的透射、反射、折射與聚集</p><p>　　在一個黑暗的環(huán)境中將一束光線入射到一個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，在兩種不同媒質(zhì)的分界面上．會出現(xiàn)類似于光線的透射、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。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)度會逐漸減弱。譬如，在一個廣場上，一個樂隊(duì)作

14、街頭演出．當(dāng)你從遠(yuǎn)處走近這個樂隊(duì)時．首先聽到的是那音調(diào)低沉的鼓聲，慢慢走近樂隊(duì)，你會逐漸聽到鎖吶聲、笛聲、二胡聲等；最后走到樂隊(duì)周圍時，你才會聽到那音調(diào)很高的清脆的鈴聲。這個例子很生動地說明了各種不同頻率的聲波在空氣中傳播時被吸收的程度是不同的。頻率越高的聲波，空氣對它的吸收越弱，所以超聲波傳播的距離較長。</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、、國防和醫(yī)療等方面發(fā)揮著獨(dú)特而又巨大的作用。一個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)測定，頻率為l00萬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100萬倍?？梢姡畵碛芯薮蟮哪芰?，是超聲波的一個重要特點(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而使聲場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，而產(chǎn)生的聲壓可以達(dá)到數(shù)個大氣壓。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，高密度分子間的伸拉很快。致使其間形成瞬時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，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（以波形來顯示組織特征的方法，主要用于測量器官的徑線．以判定其大小。）、B型（是用平面圖形的形式來顯示被探查組織的具體情況。）、M型（是用于觀察活動界面時間變化的一種方法）及D型（是專門用來檢測血液流動和器官活動的一種超聲診斷方法，又稱為多普勒超聲診斷法）四大類。[1]</

18、p><p>　　4.2超聲波在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用</p><p>　　超聲波測定土壤中的鉛，鉛是一種對人體有害的元素，它是土壤分析中的常測元素。采用懸浮液直接進(jìn)樣火焰原子吸收光譜法測定土壤中的鉛時，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)定時間長；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、子吸收光譜法測定的靈敏度。該方法快速、簡單、準(zhǔn)確，適用于各種土壤樣品中鉛的測定。[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)度和輻照時間可以提高整個細(xì)胞的新陳代謝效率，加速細(xì)胞生長。[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，它發(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)在的社會中發(fā)展越來越快，也以其無污染的綠色效應(yīng)而

22、受到越來越多用戶的關(guān)注，被廣發(fā)應(yīng)用于機(jī)械加工，測量，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.寧愛民等.超聲波處理懸浮

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