超聲的神奇作用
一般把20000赫以上的聲音稱為超聲。頻率越高，波長越短。聲波在大多數(shù)固體中的聲速為1000-10000米/秒。頻率高到108-1012赫是電磁波譜的微波頻段。
利用超聲在固體中的傳播特性，以及大功率超聲所產(chǎn)生的空化、輻射壓等現(xiàn)象，可以使超聲產(chǎn)生很多神氣的作用，如超聲切削、超聲研磨、超聲打孔等。
非破壞性檢測
固體件，如金屬工件，由于材料或制造工藝上的原因，內(nèi)部會(huì)形成一些裂縫或氣孔，它的強(qiáng)度就不夠，或者會(huì)發(fā)生滲漏，使用時(shí)就會(huì)出危險(xiǎn)。在不能破壞工件的情況下，如何檢測這些缺陷呢？近幾十年來發(fā)明了許多非破壞性的檢測方法，如用X光、射線、電磁方法、超聲方法等等，各有適用范圍，有時(shí)需要幾種方法并用。
在工件表面發(fā)出超聲脈沖，如果經(jīng)過的地方有空洞或缺陷，就會(huì)有反射信號(hào)，通過與工件底部的反射信號(hào)的比對(duì)，可以知道傷的深度。通過移動(dòng)超聲探頭，可以知道傷的水平范圍。這種方法叫做反射法探傷，是出現(xiàn)最早，應(yīng)用最多的。在工件一端發(fā)射聲信號(hào)，在另一端接收信號(hào)并顯示強(qiáng)度的方法叫做透射法探傷。
如果工件是由兩部分（或多部分）粘結(jié)起來的，檢測這種工件最好就是從一個(gè)表面測量它的聲阻抗。就是在同一個(gè)探頭上，一個(gè)壓電晶體發(fā)射連續(xù)聲波，另一個(gè)壓電晶體接收聲波，如果結(jié)構(gòu)上有粘結(jié)不好的地方，結(jié)構(gòu)反作用力就會(huì)有大的變化，從而對(duì)工件做出判斷。
高級(jí)的高速公路、機(jī)場跑道和鐵路都是面積很大、長度很長而且要求很高的，這些設(shè)施不但在建造時(shí)要加以監(jiān)測，在使用過程中也要不斷監(jiān)測，才能保障交通安全。所以一般都在火車或汽車上放幾個(gè)探頭，采取行進(jìn)中監(jiān)測的方法。對(duì)于高速公路還有一種超聲儀器測量路面的平整程度。
超聲測硬度
把一個(gè)縱向振動(dòng)的超聲換能器的尖端，用力壓在被測物體表面，產(chǎn)生壓痕。被測物體會(huì)對(duì)換能器的振動(dòng)產(chǎn)生影響，換能器的共振頻率會(huì)發(fā)生變化。被測物體硬度越小，壓痕越深，對(duì)共振頻率的影響越大。這樣，通過換能器頻率的變化情況，就可以知道被測物體表面的硬度。
厚度測量
當(dāng)超聲加在一塊板上時(shí)，在一定頻率下，板會(huì)發(fā)生共振，達(dá)到幅度極大。這時(shí)如果知道板材的聲速，就可以測得板的厚度。反之，知道板的厚度就可以算出聲速。測試結(jié)果精度可達(dá)到0.1%-1%。這種方法稱為共振法。
脈沖回波法更適宜于測厚，是目前工業(yè)應(yīng)用中最廣泛的一種。利用脈沖在板件兩個(gè)面間往返的時(shí)間，利用已知聲速值來測量板的厚度。用這種方法可測從十分之幾毫米到幾十毫米厚的鋼板。
液位和料位測量
一個(gè)大容器中液位或料位可以用超聲的方法測量，其方法基本是脈沖往返時(shí)間的測量。不過在液位和料位測量中聲脈沖傳播距離比較遠(yuǎn)，在空氣中或被測液體中聲吸收都比較大，所以用的是頻率比較低的超聲。
超聲溫度計(jì)
有些介質(zhì)溫度太高，如汽輪機(jī)進(jìn)氣，火箭排氣和汽缸中燃燒氣體等溫度高達(dá)2000℃，熱核等離子區(qū)溫度達(dá)到17000℃，普通的溫度計(jì)早就化了。這時(shí)就要使用超聲溫度計(jì)。它不但可以測高溫和某些特殊情況下的溫度，而且反應(yīng)迅速。
超聲溫度計(jì)的原理是利用介質(zhì)的聲速與溫度有一定關(guān)系的規(guī)律，測量聲速，算出溫度。超聲溫度計(jì)實(shí)際上是聲速計(jì)。當(dāng)然，在測量高溫時(shí)超聲換能器也要加上水套，以冷卻保護(hù)。
流速和流量的測量
在石油、化工工業(yè)的生產(chǎn)流程中，流量的可以使用超聲進(jìn)行測量。聲在流動(dòng)的液體中傳播，順流時(shí)傳播速度為聲速加流速，逆流時(shí)為聲速減流速，所以可以用順流和逆流聲傳播的時(shí)間差來測流速。在管子上放兩對(duì)發(fā)射接收換能器，相對(duì)進(jìn)行收發(fā)，測量兩個(gè)接收換能器收到信號(hào)的時(shí)間差，就可以測出流速。
再有就是利用多普勒效應(yīng)，在流體中傳播的聲波、頻率會(huì)變化，其變化程度與流速和原來的頻率有關(guān)?？梢栽谏嫌魏拖掠伟l(fā)出同樣頻率的連續(xù)聲波，測量兩處接收換能器收到信號(hào)的頻率差，也可以測出流速。
超聲粘度計(jì)
液體粘度不同，它的切變阻抗就不同，因此把換能器放在被測物體中，使換能器做切變運(yùn)動(dòng)。由于液體粘度大小不同，阻力也不同。換能器在受到阻力后，從它輸入端電壓電流的關(guān)系變化，可以測出阻力變化，因而也就測出粘度。
柴油和煤油聲速不同，在石油分餾和運(yùn)輸中，哪一部分是煤油，哪一部分是柴油可以用煤油與柴油的聲速差來確定。目前已有應(yīng)用超聲分油器實(shí)現(xiàn)在一個(gè)管道中輸運(yùn)幾種不同的油品，這是用其他比重計(jì)解決不了的。
油和水能混在一起嗎——超聲乳化
誰都知道油和水不能混在一起，但是如果加上大功率的超聲，過一會(huì)兒，油和水就混在一起，放置很久都分不開，這種方法叫超聲乳化。乳酪、乳漿，還有醫(yī)藥工業(yè)和化妝品工業(yè)中現(xiàn)在廣泛用超聲制造各種乳劑型產(chǎn)品。汽油、煤油可以加少量水經(jīng)超聲波乳化，在一些燃燒過程中有節(jié)能、降低污染的效果。油煤漿、水煤漿在燃燒時(shí)可以節(jié)油，加上超聲乳化之后，煤粉不易沉淀，使用起來更方便了。這是由于強(qiáng)超聲造成空化，空化氣泡的力量把液體分子和固體顆粒打碎，打成顆粒很細(xì)的質(zhì)點(diǎn)，不同材料的質(zhì)點(diǎn)就容易粘在一起，如油和水，就形成油包水或水包油的情況。
超聲清洗
有些機(jī)械零件很小，但形狀復(fù)雜，中間有孔、有穴、有管子，用溶劑、刷子都不易洗干凈，這時(shí)就可以求助超聲。把零件放在一個(gè)加上少許溶劑的罐子中，加上超聲，很快零件就內(nèi)外都洗干凈了。這也是空化氣泡沖擊污垢，把污垢膜擊碎，把污垢從物體表面剝離下來，并加快污垢的溶解。
超聲粉碎
為了得到顆粒很細(xì)的粉末，通常使用球磨機(jī)，一磨幾個(gè)小時(shí)。用超聲對(duì)顆粒進(jìn)行粉碎，比一般研磨法所得到的顆粒更小、更均勻。
超聲搪錫
鋁的表面有一層很薄很牢固的氧化膜，這給焊接或搪錫都造成很大困難。將鋁件放在有熔融錫的槽中，加上超聲振動(dòng)，在超聲空化效應(yīng)作用下，可以除去鋁件表面的氧化膜，并在未接觸空氣前就把錫牢固地附在鋁的表面。不過在熔融錫中，超聲換能器要加上冷卻水套，加以保護(hù)。
超聲加濕器
空氣太干燥往往會(huì)引發(fā)各種呼吸道疾病，所以在北方冬季常常要給空氣加濕。目前市面上出現(xiàn)的超聲加濕器實(shí)際上是超聲霧化器在強(qiáng)超聲的作用下把水“打碎”成為水霧。這種水霧的水珠很細(xì)，直徑只有幾個(gè)微米，因此可以在很長的時(shí)間漂浮在空氣中而不落下來。而且由于沒有加熱過程，所以不會(huì)影響室內(nèi)的溫度。
超聲焊接
用超聲可以焊接金屬，也可以焊接塑料，某些難焊的特殊的稀有金屬如鉬、鈦、鈹?shù)?，在超聲作用下也能焊接，所以在核工業(yè)、空間技術(shù)等領(lǐng)域中可能開發(fā)更多的應(yīng)用。由于它具有基本不發(fā)熱、不變形、不產(chǎn)生殘余應(yīng)力等特點(diǎn)，所以在焊接晶體管和集成電路芯片中的引出線等有較大的優(yōu)越性。
超聲馬達(dá)
超聲馬達(dá)是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動(dòng)，然后再利用定子與轉(zhuǎn)子之間的摩擦力使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。超聲馬達(dá)與電馬達(dá)相比，有轉(zhuǎn)速低、力矩大、反應(yīng)速度快、定位精度大、體積小、功率密度大、沒有磁干擾、便于控制等優(yōu)點(diǎn)。由于這些特點(diǎn)使其在機(jī)器人、計(jì)算機(jī)、儀器儀表及其他高技術(shù)產(chǎn)品中有很大的應(yīng)用前景。
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