Generování ultrazvuku

& quot;super" charakter ultrazvuku vychází ze skutečnosti, že spodní hranice jeho frekvenčního pásma přesahuje lidský sluch, ale pokud jej analyzujete z hlediska vlnové délky, vlnová délka ultrazvuku je ve skutečnosti kratší. Vědci nazývají vzdálenost mezi dvěma sousedními vrcholy nebo prohlubněmi vlny jako vlnová délka. Vlnová délka mechanických vln, které naše lidské uši slyší, je 2cm~20m (2cm~20m). Mechanické vlny s vlnovou délkou kratší než 2 cm proto nazýváme"ultrazvuk." V praktických aplikacích však lze mechanické vlny s vlnovou délkou pod 3,4 cm (nad 10 000 Hz) považovat za ultrazvukový výzkum. Vlnová délka ultrazvuku obvykle používaná pro lékařskou diagnostiku je 10μm~350μm.

Ultrazvuk je druh mechanického vlnění. Při šíření se musí spoléhat na médium a nemůže existovat ve vakuu (jako je vesmír). Proto nemůžeme používat ultrazvuk ve vakuu, ale stále můžeme používat zařízení související s elektromagnetickými vlnami (včetně rádiových vln, mikrovln a infračervených paprsků). , Viditelné světlo, ultrafialové paprsky, rentgenové paprsky, gama paprsky atd.), využívající technologii elektromagnetických vln.

Ultrazvukové vlny ve vzduchu označují mechanické vlny s vlnovou délkou menší než 2 cm (například 1,7 cm, vlnová délka 2 cm odpovídá 17000 Hz, vlnová délka 1,7 cm odpovídá 20000 Hz, ve skutečnosti neexistuje žádný pevný standard, jen hodnota, která je snadno zapamatovatelná) a její vlnová délka je velmi krátká. Nižší než obecná spodní hranice lidského sluchu (2 cm), lidé nazývají toto neslyšitelné mechanické vlnění ultrazvukem a vlnová délka infrazvukových vln je obecně delší než 20 metrů (například 17 metrů, vlnová délka 20 m odpovídá 17 Hz, 17 m vlnová délka odpovídá 20Hz), vyšší než Horní hranice vlnové délky sluchu. V praktických aplikacích se ultrazvukové vlny často shodují s rozsahem krátkovlnných slyšitelných zvukových vln a mechanické vlny s vlnovou délkou kratší než 3,4 cm (10 000 Hz) lze považovat za ultrazvukový výzkum.

Jeho vlnová délka je mnohem kratší než běžné zvukové vlny, takže jej lze použít pro řezání, svařování, vrtání atd. Vzhledem ke své krátké vlnové délce má mnoho vlastností: za prvé, anizotropie šíření způsobená krátkou vlnovou délkou a také kvůli jeho krátká vlnová délka a špatná difrakční schopnost. I když má dobrou anizotropii, má velkou ztrátu ve vzduchu a nelze ji přenášet. Daleko, špatná penetrace, snadno se rozptyluje. Ultrazvuk se běžně používá v průmyslu a medicíně pro ultrazvukovou detekci. Ultrazvuk, infrazvuk a slyšitelný zvuk jsou v podstatě stejné. Společné je jim mechanické vlnění, které se obvykle šíří v elastických médiích ve formě podélných vln. Je to forma šíření energie. Rozdíl je v ultrazvukových vlnách. Dlouhá a krátká, může cestovat po přímce v určité vzdálenosti s malou difrakcí a má dobrou anizotropii. Ve srovnání se slyšitelným zvukem a infrazvukem má však nízkou pronikavost a snadno se rozptyluje.

Zákony šíření odrazu, lomu, difrakce a rozptylu ultrazvukových vln v médiu se v podstatě neliší od zákonů infrazvuku a slyšitelných zvukových vln. Ale vlnová délka ultrazvuku je velmi krátká, jen několik centimetrů, dokonce několik tisícin milimetru. Ve srovnání s jinými vlnami mají ultrazvukové vlny mnoho vlastností: charakteristiky šíření – vlnová délka ultrazvukových vln je velmi krátká a velikost běžných překážek je mnohonásobně větší než vlnová délka ultrazvukových vln. Proto mají ultrazvukové vlny špatnou penetraci, špatné difrakční schopnosti a snadný rozptyl. . Může se šířit v přímce v homogenním prostředí, ale je obtížné jej ohýbat. Čím kratší je vlnová délka ultrazvukové vlny, tím je charakteristika zjevnější. Navíc podle Rayleighova zákona rozptylu je intenzita rozptýlené vlny nepřímo úměrná čtvrté mocnině vlnové délky a vlnová délka ultrazvukové vlny je extrémně krátká. , Takže rozptyl je velmi vážný a pronikavá síla není dobrá. Kavitace ─ ─ Když se ultrazvuková vlna šíří prostředím, dochází ke střídání kladných a záporných period. V pozitivní fázi ultrazvuková vlna stlačuje molekuly média, aby změnila původní hustotu média a zvýšila ji; ve fázi podtlaku Když jsou molekuly média řídké a dále rozptýlené, hustota média se snižuje. Když je na kapalné médium aplikována dostatečně silná ultrazvuková vlna, průměrná vzdálenost mezi molekulami média překročí kritickou molekulární vzdálenost, která udržuje kapalné médium konstantní. Dochází ke zlomenině a tvoří se mikrobubliny. Tyto malé dutiny se rychle roztahují a uzavírají, což způsobuje prudké srážky mezi částicemi kapaliny, což vede k tlakům tisíců až desítek tisíc atmosfér. Tato prudká interakce mezi částicemi má dobrý míchací účinek, takže dvě nemísitelné kapaliny (jako je voda a olej) emulgují a urychlují rozpouštění rozpuštěné látky. Různé efekty způsobené působením ultrazvukových vln v kapalině se nazývají ultrazvuková kavitace.