超声波知识介绍

超声学是声学的一个重要分支或组成部分。它以研究超声在各种物质中产生、传播、接收及与物质的相互作用、产生的各种效应和应用为主要内容。声波属于机械波,是机械振动在弹性媒质中的传播。现代声学已涵盖了从10-4—1014Hz的频率范围,相当于从大约3小时振动一次的次声到波长短于固体中原子间距的分子热振动,即跨越了1018 量级的宽广频段。

超声是指频率高于可听声频率范围的声波。现代声学中规定人耳可听到的声波频率上限为2×104Hz。一般而言,人们通常所说的超声是指频率高于20KHz.的声波;而把频率高于108 Hz的超声波称为特超声。在超声频段中, 108 —1012 Hz频段的超声因与电磁波谱中的微波频段相对应,故又称为微波超声。

超声波传播一般具有一定的功率范围,传播方式不同,功率范围也不一样。连续波超声一般在毫瓦—--几十千瓦范围。脉冲波超声可扩充为几分之一毫瓦—--几兆瓦。相应地,从声强角度看,聚焦连续波超声在液体中,因受空化的限制,上限约可达几十千瓦每平方厘米;而聚焦脉冲超声在焦斑中心,甚至可达几十兆瓦每平方厘米。由于脉冲波超声具有更大的功率范围和更强的声强强度,现代超声应用如超声清洗、超声细胞粉碎大都采用脉冲波超声。

超声在气体、液体、固体、固熔体等物质中,均能有效地传播。不同频率、功率、强度的超声波,在不同媒质中,都具有其独特的传播特性及效应,因而也有其相应的研究内容及广泛的应用。经过几十年的研究,随着超声研究的不断深入,超声的应用也越来越广泛。

超声波技术已广泛应用于工业、农业、医药、卫生、国防等领域,尤其在提取中草药成份方面的应用正受到越来越多的重视。超声波特性主要有如下几方面:

(1)空化效应。当大能量的超声波作用于提取介质时,在振动处于稀疏状态时,介质被撕裂成许多小空穴,这些小空穴瞬时即闭合,闭合时产生高达几千大气压的瞬时压力,即空化现象。在超声场中液体中的微小气泡首先经历气泡的振荡及生长过程,既稳态空化;然后是气泡的压缩和崩溃过程,即瞬态空化。空化中产生的极大压力造成被破碎物细胞壁及整个生物体破裂,而且整个破裂过程在瞬间完成,提高了破碎速度,缩短了破碎时间,可极大地提高提取效率。超声波作用时其效果不仅取决于超声波的强度和频率,而且与被破碎物的结构功能有一定关系。由于提取介质中气泡尺寸不是单一的,而是存在一个分布范围,所以超声波频率应有一定范围的变化,即有一个带宽。