超声波技术简介（一）--技术原理

超声波结构图

超声波原理

超声波在传播过程中与媒介相互作用，相位和振幅发生变化，使媒质的一些物理、化学和生物特性或状态发生改变，或者使这种改变的过程加快，从而产生一系列效应，如力学、热学、化学和生物效应等。这些效应可归结以下几项作用：

空化作用

空化泡在超声波纵向传播形成的负压区生长，行成气泡界面。

在正压区迅速闭合，从而在交替正负压强下受到压缩和拉伸。

在空化泡被压缩直至高速崩裂时可产生高速(110m/s)微射流，碰撞密度高达1.5kg/m²，产生高电流。

高速微射流对远端气泡一侧的冲击产生水锤冲击，即冲击波。

冲击波向外呈放射状传播，击中样品固体表面，反射到气泡，气泡变为涡旋向固体表面对流，产生巨大的瞬时压力；这种巨大的瞬时压力，可以使悬浮在液体中的固体颗粒或生物细胞组织表面受到急剧的破坏。

除以上作用之外，还有机械作用、热学作用及其他作用：

机械作用

超声在传播过程中，会引起介质质点交替的压缩与伸张，构成压力变化，压力的变化将引起机械效应。超声引起的介质质点运动，虽然位移和速度不大，但与超声震动频率的平方成正比的质点加速度却很大，有时超过重力加速度的数万倍，这么大的加速度足以造成对介质的强大机械效应。

热学作用

如果超声波作用于介质中被介质吸收，也就是有能量吸收。同时由于超声的振动，使介质产生强烈的高频震荡，介质间相互摩擦而发热，这种能量使液体、固体温度升高。超声在穿透两种不同介质的分界面上，温度升高更大，这是分界面上特性阻抗不同，将产生反射，形成驻波引起分子间的相对摩擦而发热。

其他作用

超声的空化作用能引起氧化作用，例如在蒸馏水中经短时的超声处理后，产生过氧化氢。在溶有氮的水中经超声处理后就产生硝酸。超声还有还原作用和影响金属的电力分解作用。

参考文献

席细平，马重芳，王伟.超声波技术应用现状[J].山西化工，2007,27（1）：25-29.