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            超聲波技術簡介(一)--技術原理

             

            超聲波結構圖



            超聲波原理


            超聲波在傳播過程中與媒介相互作用,相位和振幅發生變化,使媒質的一些物理、化學和生物特性或狀態發生改變,或者使這種改變的過程加快,從而產生一系列效應,如力學、熱學、化學和生物效應等。這些效應可歸結以下幾項作用:


            空化作用

            空化泡在超聲波縱向傳播形成的負壓區生長,行成氣泡界面。



            在正壓區迅速閉合,從而在交替正負壓強下受到壓縮和拉伸。



            在空化泡被壓縮直至高速崩裂時可產生高速(110m/s)微射流,碰撞密度高達1.5kg/m2,產生高電流。




            高速微射流對遠端氣泡一側的沖擊產生水錘沖擊,即沖擊波。



            沖擊波向外呈放射狀傳播,擊中樣品固體表面,反射到氣泡,氣泡變為渦旋向固體表面對流,產生巨大的瞬時壓力;這種巨大的瞬時壓力,可以使懸浮在液體中的固體顆?;蛏锛毎M織表面受到急劇的破壞。




            除以上作用之外,還有機械作用、熱學作用及其他作用:


            機械作用

            超聲在傳播過程中,會引起介質質點交替的壓縮與伸張,構成壓力變化,壓力的變化將引起機械效應。超聲引起的介質質點運動,雖然位移和速度不大,但與超聲震動頻率的平方成正比的質點加速度卻很大,有時超過重力加速度的數萬倍,這么大的加速度足以造成對介質的強大機械效應。

             

            熱學作用

            如果超聲波作用于介質中被介質吸收,也就是有能量吸收。同時由于超聲的振動,使介質產生強烈的高頻震蕩,介質間相互摩擦而發熱,這種能量使液體、固體溫度升高。超聲在穿透兩種不同介質的分界面上,溫度升高更大,這是分界面上特性阻抗不同,將產生反射,形成駐波引起分子間的相對摩擦而發熱。


            其他作用

            超聲的空化作用能引起氧化作用,例如在蒸餾水中經短時的超聲處理后,產生過氧化氫。在溶有氮的水中經超聲處理后就產生硝酸。超聲還有還原作用和影響金屬的電力分解作用。


            參考文獻

            席細平,馬重芳,王偉.超聲波技術應用現狀[J].山西化工,2007,27(1):25-29.

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