超聲波的原理
超聲波原理:
超聲波是聲波的一部分,是人耳聽不見、頻率高於20KHZ的聲波,它和聲波有共同之處,即都是由物質振動而產生的,並且只能在介質中傳播;同時,它也廣泛地存在於自然界,許多動物都能發射和接收超聲波,其中以蝙蝠最爲突出,它能利用微弱的超聲回波在黑暗中飛行並捕捉食物。但超聲還有它的特殊性質,如具有較高的頻率與較短的波長,所以,它也與波長很短的光波有相似之處。
超聲波是彈性機械振動波,它與可聽聲相比還有一些特點,傳播的方向較強,可聚集成定向狹小的線束;在傳播介質質點振動的加速度非常之大;在液體介質中當超聲強度達到一定值後便會發生空化現象。
一 束射特性
從聲源發出的聲波向某一方向(其他方向甚弱)定向地傳播,稱之爲束射。 超聲波由於它的波長較短,當它通過小孔(大於波長的孔)時,會呈現出集中的一束射線向一定方向前進。又由於超聲方向性強,所以可定向採集信息。同樣當超聲波傳播的方向上有一障礙 物的直徑大於波長時,便會在障礙物後產生“聲影”。這些猶如光線通過小孔和障礙物一樣,所以超聲波具有和光波相似的束射特性。
超聲波的束射性的好壞,一般用發散角的大小來衡量(習慣上用半發射角臼表示)。以平面圓形活塞式聲源爲例,其大小決定於聲源的宜徑(D)和聲波的波長(λ)。由此看出,要使發聲體發射出方向性有較好的超聲波,必須使θ角儘量小,發射體(聲源)的直痙D必須很大或發射的頻率f也必須很高才能得到,否則將適得其反。由於超聲波的波長要比可聽聲的波長短,所以它就比可聽聲波有較好的束射特性,頻率愈高的超聲波,波長愈短,這種向一定方向傳播的特性就愈顯著。
超聲波傳播的能量比可聽聲大得多。因爲當聲波到達某一物質時,由於聲波的作用使物質中的分子也跟着振動,振動的頻率和聲波頻率一樣,所以分子振動頻率決定了分子振動的速度,頻率越高速度越大。從而物質的分子由振動而獲得了能量,其能量除了與分子的質量有關外,還與分子的振動速度的平方成正比,而振動速度又與分子振動的頻率有關,所以聲波的頻率越高,也就是物質分子得到的能量越高。超聲波的頻率比聲波的頻率可高得多,所以超聲波可使物質分子獲得更大的能量。由此說明超聲波本身可以供給物質足夠大的能量。
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