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超声波是声波的一种,而声波是一种 机械波 ,即因物体振动而产生的一种 纵波 ,每秒震动的次数称作声波的频率(单位是 赫兹 :Hz)。
上图 音叉 产生的声波引起了水面震动
和人眼只能看到特定波长类似(大致为300纳米到700纳米内的
电磁波
),人耳只能听到频率大致为20赫兹到2万赫兹大差的声波,其中频率超过2万赫兹的声波被称作超声波。
人耳是无法听到超声波的,但是一些动物却可以。在1794年,斯帕兰扎尼就发现了蝙蝠是通过一种听不到的声音进行导航的。
在1876年 高尔顿 发明了狗哨,这是一种特殊的哨子,这种哨蚂仿顷子能发出频率为2万赫兹到5万赫兹的声波,这种声波已经超出了人类听觉极限,但是猫和狗却能听见,因为狗狗的听力范围上限约为4万赫兹,猫的听力上限大致为6万赫兹。
所以说超声波大致在200多年前就发现了,而真正可以应用的超声波,是在居里夫人的丈夫 皮埃尔·居里 和他的兄弟在1880年发现 压电效应 之后,可以根据压电效应来发射和检测超声波,由此开启了超声波应用的大门。
超声波的特点因为波长和频率成反比,而超声波频率比较高,所以波长短,这意味着超声波具有良好的方向性,而且由于波长短,频率高,震动强烈,所以具有较高的能量。
超声波还具有良好的穿透性,所以能够在物质内传播较远的路径。基于这些特点,超声波的应用也分为两大领域。
超声波的应用领域因为方向性好,而且穿透性强,主要有两种应用领域,第一种是检闷陆测和探测,比如医学上常用的 B超 ,根据人体对超声波的反射规律,来探查人体内部结构,而且对人体损害小,是 临床医学 不可或缺的一种诊断方法。
还有声呐系统,其原理也是超声波,广泛应用于航海和航空领域,可以用来探测前方的障碍物体。此外还有很多类似的应用,比如专门探测精密零件表面生产情况的超声波探伤仪。
第二个领域是超声处理,这是靠超声波强大的能量实现的,比如利用 超声波清洗 眼镜,工厂中除尘, 超声波焊接 等,这都是依靠超声波强烈的震动完成的。
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