看看科学家们都在用超声波干什么?

作者: 杨培年

来源: 科学大院

发布日期: 2018-06-14

本文介绍了超声波的基本原理及其在日常生活中的广泛应用,特别是在中国科学院声学研究所的超声技术中心,科研人员如何利用超声波进行各种科学实验和技术开发。

如今,孕妈们在社交媒体上大面积地刷屏晒孕照已经成了一股风潮。那么每一个孕妈都要接触的B超,是什么原理呢?为什么B超可以看到肚子里面的宝宝呢?这就需要先介绍一下背后的功臣——超声波。超声波是一种频率高于20000赫兹的声波,人耳通常听不见。超声波的方向性好,穿透能力强,容易获得较集中的声波能量,在水中传播距离远。

由于这些特点,超声波在日常生活中的应用非常广泛,可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在中国科学院声学研究所的超声技术中心,近百名科研人员每天都在钻研与超声有关的问题。超声技术中心的前身是由我国著名物理学家和教育家应崇福院士创立的超声室。目前共有五大研究方向,分别是检测声学与海洋装备无损检测、固体声学与海洋深部钻测、微声学与微器件、医用声学、计算声学与声能应用。

超声清洗,是指利用超声波去除液体中样品表面污垢的过程,比如清除眼镜表面的油渍或者灰尘。超声乳化,是指在超声波能量作用下,使两种(或两种以上)很难相溶液体混合均匀形成分散物系,其中一种液体均匀分布在另一液体之中而形成乳状液的过程。超声雾化,是指加湿器通过超声波发射器,将水击碎成很多微小的小水滴冲出水面,形成雾化效果的过程。

动态光弹成像,利用动态光弹成像,我们可以非常直观地看到声波在透明固体中的传播路线。超声波诊断仪可分为A、B、C、F四类,其中最常用的是B类。平时说的“B超”就是向人体发射超声波,同时接受体内脏器的反射波,将所携信息反映在屏幕上。超声相控阵系统主要由超声探头、控制系统以及上位机组成。超声探头的主要作用是实现电信号与超声波相互转换。

控制系统是相控阵成像系统的核心部分,可控制不同阵元发射延迟时间,实现声波的相位延迟。上位机相当于电脑显示屏,它负责将控制系统收集到的信息显示为二维图像,并提供检查报告。最简单的常规超声无损探伤设备由3个部分组成,分别是超声发射接收模块、超声换能器以及示波器。

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