淺談超聲波的物理應(yīng)用

　　超聲學(xué)是隨著它在國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)、基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域中應(yīng)用的不斷深入而得到發(fā)展的，下面是小編搜集整理的一篇探究超聲波物理應(yīng)用的論文范文，歡迎閱讀查看。

　　摘要：超聲學(xué)是一門應(yīng)用性和邊緣性很強(qiáng)的學(xué)科，從它一百多年來(lái)的發(fā)展可以看出，超聲學(xué)是隨著它在國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)、基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域中應(yīng)用的不斷深入而得到發(fā)展的。它不斷借鑒電子學(xué)、材料科學(xué)、光學(xué)、固體物理等其他學(xué)科的內(nèi)容，而使自己更加豐富。同時(shí)，超聲學(xué)的發(fā)展又為這些學(xué)科的發(fā)展提供了一些重要器件和行之有效的研究手段。如超聲探傷和超聲成像技術(shù)都是借鑒了雷達(dá)的原理和技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的，而超聲的發(fā)展又為電子學(xué)、光電子學(xué)、雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展提供了超聲延遲線、濾波器、卷積器、聲光調(diào)制器等重要的體波和表面波器件。

　　關(guān)鍵詞：超聲波 物理 應(yīng)用 農(nóng)業(yè) 醫(yī)學(xué)

　　一、概述

　　所謂超聲波，是一種質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)頻率高于20kHz的機(jī)械波，因其頻率超過(guò)人耳能聽(tīng)見(jiàn)的聲頻段16Hz～20kHz而得名超聲波。無(wú)損檢測(cè)用的超聲波頻率范圍為0.2～25MHz。其中最常用的頻率為0.5～10MHz。較高的頻率主要用于細(xì)晶材料和高靈敏度檢測(cè)。如檢測(cè)金屬陶瓷等超細(xì)材料10～200MHz頻段，甚至更高，而較低的頻率則常用語(yǔ)衰減較 大和粗晶材料的檢測(cè)。如檢測(cè)混泥土結(jié)構(gòu)常用1MHz以下的頻率。超聲波是聲波大家族中 的一員，和可聞聲本質(zhì)上是一致的。它們的共同點(diǎn)都是一種機(jī)械振動(dòng)，通常以縱波的方式在 彈性介質(zhì)內(nèi)傳播，是一種能量和動(dòng)量的傳播形式，其不同點(diǎn)是超聲頻率高，波長(zhǎng)短，在一定 距離內(nèi)沿直線傳播，具有良好的束射性和方向性。超聲波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于分子尺寸，說(shuō)明超 聲波本身不能直接對(duì)分子起作用，而是通過(guò)周圍環(huán)境的物理作用影響分子，所以超聲波的作 用與其作用的環(huán)境密切相關(guān)。超聲波既是一種波動(dòng)形式，又是一種能量形式，在傳播過(guò)程中與媒介相互作用產(chǎn)生超聲效應(yīng)。

　　二、超聲波的應(yīng)用

　　超聲波在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有極其廣泛的應(yīng)用。包括超聲波檢測(cè)、超聲波探傷、功率超聲、超聲波處理、超聲波診斷、超聲波治療等。超聲波在工業(yè)中可用來(lái)對(duì)材料進(jìn)行檢測(cè)和探傷，可以測(cè)量氣體、液體和固體的物理參數(shù)，可以測(cè)量厚度、液面高度、流量、粘度和硬度等，還可以對(duì)材料的焊縫、粘接等進(jìn)行檢查。超聲波清洗和加工處理可以應(yīng)用于切割、焊接、噴霧、乳化、電鍍等工藝過(guò)程中。超聲波清洗是一種高效率的方法，已經(jīng)用于尖端和精密工業(yè)。大功率超聲可用于機(jī)械加工，使超聲波在拉管、拉絲、擠壓和鉚接等工藝中得到應(yīng)用。應(yīng)用在醫(yī)學(xué)中的超聲波診斷發(fā)展甚快，已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)上三大影象診斷方法之一，與X線、同位素分別應(yīng)用于不同場(chǎng)合，例如超聲波理療、超聲波診斷、腫瘤治療和結(jié)石粉碎等。在農(nóng)業(yè)中，可以用超聲波對(duì)有機(jī)體細(xì)胞的殺傷的特性來(lái)進(jìn)行消毒滅菌，對(duì)作物種子進(jìn)行超聲波處理，有利于種子發(fā)芽和作物增產(chǎn)。此外超聲波的液體處理和凈化可應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)中，例如超聲波水處理、燃油乳化、大氣除塵等。微波超聲的重點(diǎn)放在微波電子器件，已經(jīng)制成了超聲波延遲線、聲電放大器、聲電濾波器、脈沖壓縮濾波器等。

　　三、超聲波在農(nóng)業(yè)方面的具體應(yīng)用

　　應(yīng)用超聲波處理種子，早在前蘇聯(lián)就已有了不少研究。根據(jù)外國(guó)文獻(xiàn)所載，少量的超聲波能刺激細(xì)胞分裂，中等量的超聲波會(huì)抑制細(xì)胞分裂，大量的能引起細(xì)胞死亡。在上世紀(jì)，就有人用超聲波對(duì)菠菜和白菜種子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在對(duì)白菜種子用超聲波處理1分鐘和2分鐘時(shí)，其種子的發(fā)芽率為92%～96%，而未用超聲波處理的白菜種子發(fā)芽率為88%。在對(duì)菠菜種子用超聲波處理1分鐘后，其出土率為85%，而未用超聲波處理的菠菜種子出土率為40%。用超聲波處理的種子在日后增產(chǎn)也比較顯著。低頻脈沖超聲波對(duì)小麥幼苗變異較明顯。經(jīng)超聲波照射的水培變異幼苗，出現(xiàn)率為8.57±8.25%，對(duì)照的自然變異出現(xiàn)率為1.00±1.28%;田間種植變異幼苗出現(xiàn)率為18.21±2.54%，對(duì)照的自然變異出現(xiàn)率為14.58±2.59%。經(jīng)照射的咸農(nóng)68小麥單株粒重超過(guò)親本的家系達(dá)55.17%，超親達(dá)1%顯著水準(zhǔn)占超親家系87.50%。經(jīng)照射的四方穗小麥，單株粒重超親家系達(dá)69.23%，達(dá)到1%顯著水準(zhǔn)的超親家系占77.78 。

　　超聲波犁田。傳統(tǒng)的翻地犁需要笨重的機(jī)器牽引，這不僅會(huì)壓實(shí)深層的土壤，使其不能保持水分和養(yǎng)料;而且翻起的地表土?xí)�被風(fēng)和雨水侵蝕。這是許多農(nóng)民的一大心病。此外，由于多次的翻犁，植物的根以及腐爛的殘留植物被翻出地表，他們會(huì)散發(fā)出二氧化碳?xì)怏w。約旦的農(nóng)機(jī)工程師奈達(dá)?阿布哈德發(fā)明了利用超聲波松土。他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：松土可達(dá)土壤超聲處理對(duì)植物呼吸作用的影響。關(guān)于植物呼吸作用的研究一直是植物生理學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)，特別對(duì)農(nóng)作物來(lái)說(shuō)，其呼吸作用的大小直接關(guān)系到產(chǎn)量的高低，所以它的研究對(duì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有十分重要的理論和實(shí)際意義。1975年Albu E研究發(fā)現(xiàn)低頻率超聲波(25kHz)處理蔬菜之后，一年生植物(如番茄和黃瓜)的呼吸強(qiáng)度下降，而兩年生植物(如卷心菜和洋蔥)的呼吸強(qiáng)度上升。自此我們可以推測(cè)，利用超聲處理相關(guān)的農(nóng)作物可以提高作物的產(chǎn)量。 深度20cm。這完全滿足了一般農(nóng)作物的松土深度。

　　四、超聲波在醫(yī)療方面的應(yīng)用

　　醫(yī)學(xué)上最早利用超聲波是在1942年，奧地利醫(yī)生杜西克首次用超聲技術(shù)掃描腦部結(jié)構(gòu);以后到了60年代醫(yī)生們開(kāi)始將超聲波應(yīng)用于腹部器官的探測(cè)。如今超聲波掃描技術(shù)已成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷不可缺少的工具。 醫(yī)學(xué)超聲波檢查的'工作原理與聲納有一定的相似性，即將超聲波發(fā)射到人體內(nèi)，當(dāng)它在體內(nèi)遇到界面時(shí)會(huì)發(fā)生反射及折射，并且在人體組織中可能被吸收而衰減。因?yàn)槿梭w各種組織的形態(tài)與結(jié)構(gòu)是不相同的，因此其反射與折射以及吸收超聲波的程度也就不同，醫(yī)生們正是通過(guò)儀器所反映出的波型、曲線，或影象的特征來(lái)辨別它們。此外再結(jié)合解剖學(xué)知識(shí)、正常與病理的改變，便可診斷所檢查的器官是否有病。 目前，醫(yī)生們應(yīng)用的超聲診斷方法有不同的形式，可分為A型、B型、M型及D型四大類。

　　超聲治療學(xué)是超聲醫(yī)學(xué)的重要組成部分。超聲治療時(shí)將超聲波能量作用于人體病變部位，以達(dá)到治療疾患和促進(jìn)機(jī)體康復(fù)的目的。 醫(yī)學(xué)超聲波檢查的工作原理與聲納有一定的相似性即將超聲波發(fā)射到人體內(nèi)，當(dāng)它在體內(nèi)遇到界面時(shí)會(huì)發(fā)生反射及折射，并且在人體組織中可能被吸收而衰減。因?yàn)槿梭w各種組織的形態(tài)與結(jié)構(gòu)是不相同的，因此其反射與折射以及吸收超聲波的程度也就不同，醫(yī)生們正是通過(guò)儀器所反映出的波型、曲線或影象的特征來(lái)辨別它們。此外再結(jié)合解剖學(xué)知識(shí)、正常與病理的改變，便可診斷所檢查的器官是否有病。