超聲波知識介紹
超聲學(xué)是聲學(xué)的一個(gè)重要分支或組成部分,。它以研究超聲在各種物質(zhì)中產(chǎn)生、傳播,、接收及與物質(zhì)的相互作用,、產(chǎn)生的各種效應(yīng)和應(yīng)用為主要內(nèi)容。聲波屬于機(jī)械波,，是機(jī)械振動(dòng)在彈性媒質(zhì)中的傳播?，F(xiàn)代聲學(xué)已涵蓋了從10-4—1014Hz的頻率范圍，相當(dāng)于從大約3小時(shí)振動(dòng)一次的次聲到波長短于固體中原子間距的分子熱振動(dòng),，即跨越了1018 量級的寬廣頻段,。
超聲是指頻率高于可聽聲頻率范圍的聲波?，F(xiàn)代聲學(xué)中規(guī)定人耳可聽到的聲波頻率上限為2×104Hz。一般而言,，人們通常所說的超聲是指頻率高于20KHz.的聲波,；而把頻率高于108 Hz的超聲波稱為特超聲。在超聲頻段中,， 108 —1012 Hz頻段的超聲因與電磁波譜中的微波頻段相對應(yīng),，故又稱為微波超聲。
超聲波傳播一般具有一定的功率范圍,，傳播方式不同,，功率范圍也不一樣。連續(xù)波超聲一般在毫瓦—--幾十千瓦范圍,。脈沖波超聲可擴(kuò)充為幾分之一毫瓦—--幾兆瓦,。相應(yīng)地，從聲強(qiáng)角度看,，聚焦連續(xù)波超聲在液體中,，因受空化的限制，上限約可達(dá)幾十千瓦每平方厘米,；而聚焦脈沖超聲在焦斑中心,，甚至可達(dá)幾十兆瓦每平方厘米。由于脈沖波超聲具有更大的功率范圍和更強(qiáng)的聲強(qiáng)強(qiáng)度,，現(xiàn)代超聲應(yīng)用如超聲清洗,、超聲細(xì)胞粉碎大都采用脈沖波超聲。
超聲在氣體,、液體,、固體、固熔體等物質(zhì)中,，均能有效地傳播,。不同頻率、功率,、強(qiáng)度的超聲波,，在不同媒質(zhì)中，都具有其獨(dú)特的傳播特性及效應(yīng),，因而也有其相應(yīng)的研究內(nèi)容及廣泛的應(yīng)用,。經(jīng)過幾十年的研究，隨著超聲研究的不斷深入,，超聲的應(yīng)用也越來越廣泛,。
超聲波技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥,、衛(wèi)生、國防等領(lǐng)域,，尤其在提取中草藥成份方面的應(yīng)用正受到越來越多的重視,。超聲波特性主要有如下幾方面：
（1）空化效應(yīng)。當(dāng)大能量的超聲波作用于提取介質(zhì)時(shí),，在振動(dòng)處于稀疏狀態(tài)時(shí),，介質(zhì)被撕裂成許多小空穴，這些小空穴瞬時(shí)即閉合,，閉合時(shí)產(chǎn)生高達(dá)幾千大氣壓的瞬時(shí)壓力,，即空化現(xiàn)象。在超聲場中液體中的微小氣泡首先經(jīng)歷氣泡的振蕩及生長過程,，既穩(wěn)態(tài)空化,；然后是氣泡的壓縮和崩潰過程，即瞬態(tài)空化,?？栈挟a(chǎn)生的極大壓力造成被破碎物細(xì)胞壁及整個(gè)生物體破裂，而且整個(gè)破裂過程在瞬間完成,，提高了破碎速度,，縮短了破碎時(shí)間，可極大地提高提取效率,。超聲波作用時(shí)其效果不僅取決于超聲波的強(qiáng)度和頻率,，而且與被破碎物的結(jié)構(gòu)功能有一定關(guān)系。由于提取介質(zhì)中氣泡尺寸不是單一的,，而是存在一個(gè)分布范圍,，所以超聲波頻率應(yīng)有一定范圍的變化，即有一個(gè)帶寬,。
（2）熱效應(yīng),。超聲波在媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)傳播過程中其能量不斷被媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)吸收變成熱能，導(dǎo)致媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)溫度升高,，即超聲波熱學(xué)機(jī)制,。氣泡崩塌之后，泡內(nèi)“熱點(diǎn)”驟然冷卻,，冷卻速度達(dá)108 K/s,。這相當(dāng)于金屬熔漿放入液氮的急劇冷卻速率。
（3）機(jī)械攪拌,。超聲的高頻振動(dòng)及輻射壓力可在氣,、液體中形成有效的攪動(dòng)與流動(dòng)，可使媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在其傳播空間內(nèi)進(jìn)入振動(dòng)狀態(tài)強(qiáng)化細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的釋放、擴(kuò)散及溶解,；空化氣泡振動(dòng)對固體表面產(chǎn)生的強(qiáng)烈射流及局部微沖流,，均能顯著減弱液體的表面張力及磨擦力，并破壞固-液界面的附面層,，因而達(dá)到普通低頻機(jī)械攪動(dòng)達(dá)不到的效果,。
（4）強(qiáng)化擴(kuò)散。利用超聲振動(dòng)及空化的壓力,、高溫效應(yīng),，促使兩種液體，兩種固體,，或液-固,、液-氣界面之間，發(fā)生分子的相互滲透,，形成新的物質(zhì)屬性,。金屬或塑料的超聲焊接，超聲乳化,、清洗,、霧化可歸為此類作用。
（5）乳化作用,?？栈瘹馀蓍]合后產(chǎn)生的局部沖擊波，可粉碎液體中的顆粒,，使其細(xì)化,；使結(jié)晶均勻；將較大,、不均勻乳滴分散為微小均勻藥劑（如醫(yī)用造影劑,、治癌藥劑等）；甚至可包括消溶血栓等作用,。
（6）凝聚作用,。超聲振動(dòng)可使氣、液媒質(zhì)中懸浮粒子以不同速度運(yùn)動(dòng),，增加相碰撞機(jī)會(huì),；或利用駐波使它們趨于波腹處，從而發(fā)生凝聚過程,。煙道收塵,、人工降雨可屬此類。
（7）機(jī)械粉碎作用,。利用高強(qiáng)度超聲脈沖,，可以粉碎人體內(nèi)的腎結(jié)石和膽結(jié)石而不損傷軟組織,。
