超声波及物理特性
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1.超声波
(1)超声波,频率高于20000Hz的声波,叫超声波.
(2)超声波的特点.
①几乎呈直线传播,具有较强的穿透能力和良好的反射性能.
②探测距离远,定位精度高.
③检测灵敏度高,可获得丰富的探测信息.
④对人体危害很小.
(3)超声波的应用:
①超声波在工业生产中的应用:包括超声检测、超声探伤、功率超声、超声处理、超声诊断、超声治疗等。超声在工业中可用来对材料进行检测和探伤,可以测量气体、液体和固体的物理参数,可以测量厚度、液面高度、流量、粘度和硬度等,还可以对材料的焊缝、粘接等进行检查。超声清洗和加工处理可以应用于切割、焊接、喷雾、乳化、电镀等工艺过程中。超声清洗是一种高效率的方法,已经用于尖端和精密工业。大功率超声可用于机械加工,使超声在拉管、拉丝、挤压和铆接等工艺中得到应用。
②在农业中,可以用超声对有机体细胞的杀伤的特性来进行消毒灭菌,对作物种子进行超声处理,有利于种子发芽和作物增产。
③在医学中的超声诊断发展甚快,已经成为医学上三大影象诊断方法之一,与X线、同位素分别应用于不同场合,例如超声理疗、超声诊断、肿瘤治疗和结石粉碎等。 ④液体处理和净化可应用于环境保护中,例如超声水处理、燃油乳化、大气除尘等。
⑤在生活中的应用:超声波驱蚊器等。
2.次声波
(1)次声波:频率低于20Hz的声波,叫次声波.
(2)次声波的特点:
①次声波可以传播很远的距离.
②次声波在传播过程中不易被障碍物阻挡.
③次声波容易与生物发生作用.
(3)人类周围的次声波
①自然次声.如狂风暴雨、闪电雷鸣、极光放电、流星爆炸、火山爆发以及地震、海啸、台风等都可以发出频率在0.01 Hz至10Hz的次声波.
②人体次声.人体本身也是次声源,如心脏跳动可发出5 Hz到20Hz的次声波.我们称之为人体次声.如高速行驶的卡车可产生次声,核爆炸、火箭起飞都能产生次声.
(4)次声的应用.
①研究自然次声的特性和产生机制,预测自然灾害性事件.例如台风和海浪摩擦产生的次声波,由于它的传播速度远快于台风移动速度,因此,人们利用一种叫“水母耳”的仪器,监测风暴发出的次声波,即可在风暴到来之前发出警报.利用类似方法,也可预报火山爆发、雷暴等自然灾害。
超声波的各种物理效应
The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020 1.机械效应:超声波在介质中前进时所产生的效应。(超声波在介质中传播是由反射而产生的机械效应)它可引起机体若干反应。振动可引起组织细胞内物质运动,由于超声的细微按摩,使细胞浆流动、细胞震荡、旋转、摩擦、从而产生细胞按摩的作用,也称为“内按摩”这是超声波治疗所独有的特性,可以改变细胞膜的通透性,刺激细胞半透膜的弥散过程,促进新陈代谢、加速血液和淋巴循环、改善细胞缺血缺氧状态,改善组织营养、改变蛋白合成率、提高再生机能等。使细胞内部结构发生变化,导致细胞的功能变化,使坚硬的结缔组织延伸,松软。
作用可软化组织,增强渗透,提高代谢,促进血液循环,刺激神经系统和细胞功能,因此具有超声波独特的治疗意义。
2.温热效应:人体组织对超声能量有比较大的吸收本领,因此当超声波在人体组织中传播过程中,其能量不断地被组织吸收而变成热量,其结果是组织的自身温度升高。
产热过程既是机械能在介质中转变成热能的能量转换过程。即内生热。超声温热效应可增加血液循环,加速代谢,改善局部组织营养,增强酶活力。一般情况下,超声波的热作用以骨和结缔组织为显著,脂肪与血液为最少。
3.理化效应:超声的机械效应和温热效应均可促发若干物理化学变化。实践证明一些理化效应往往是上述效应的继发效应。TS-C型治疗机通过理化效应继发出下列五大作用:
A.弥散作用:超声波可以提高生物膜的通透性,超声波作用后,细胞膜对钾,钙离子的通透性发生较强的改变。从而增强生物膜弥散过程,促进物质交换,加速代谢,改善组织营养。
B.触变作用:超声作用下,可使凝胶转化为溶胶状态。对肌肉,肌腱的软化作用,以及对一些与组织缺水有关的病理改变。如类风湿性关节炎病变和关节、肌腱、韧带的退行性病变的治疗。
超声名词解释
1、超声医学:是利用超声的物理特性用于诊断人体疾病的一门影像学科。
2、声波:是一种机械波,是由频率在20~20 000 Hz之间声振动源激起的疏密波,该疏密波传播至人的听觉器官(耳)时,可以引起声音的感觉。
3、超声波:声波按其频率分类:<20 Hz为次声波,低于人耳听觉低限;频率20~20 000Hz之间为可听声;>20 000 Hz为超声波,高于人耳听觉。诊断用超声波的频率在1~300 MHz之间,常用2~20 MHz。
4、频率(f):声波在介质中传播时,每秒钟质点完成全振动的次数,单位是赫兹(Hz)。
5、波长(λ):声波在一个周期内振动所传播的距离,单位是毫米(mm)。超声波波长愈短,频率愈高,分辨率愈强。
6、声速(C):声波在介质中传播,单位时间内所传播的距离,单位是米/秒(m/s)。人体软组织的平均声速为1 540 m/s,和水的声速相近。
7、声阻抗:即声阻抗率或声特性阻抗,可以理解为声波在介质中传播所受到的阻力,等于介质的密度与超声在该介质中传播速度的乘积。设Z为声阻,ρ为密度,C为声速,则Z=ρ·C。两介质声阻相差之大小决定其界面处之反射系数。两介质声阻相差愈小,则界面处反射愈少,透入第二介质愈多;反之,声阻相差愈大,则界面处反射愈强,透入第二介质愈少。
8、反射、透射与折射:声波从一种介质向另一种介质传播时,由于声阻抗Z不同(密度ρ、声速C不同),在二种介质之间形成一个声学界面,如果该界面尺寸大于超声波波长,则一部分超声波能量返回到第一介质此即反射。另有一部分能量穿过界面进入第二介质并继续向前传播,称为透射。当两种介质的声速不同时,就会偏离入射声束的方向而传播,称折射。
9、散射:超声波在介质中传播,如果介质中含有大量杂乱的微小粒子,超声波激励这些小粒子成为新的波源,再向四周发射超声波。
10、衍射:超声波在介质中传播,如遇到的物体其直径小于1~2个波长时,则绕过物体继续向前传播,这种现象称为绕射(也称衍射)。
超声波及其应用
人耳最高只能感觉到大约 20 000 Hz 的声波,频率更高的声波就是超声波了.超声波广泛地应用在多种技术中.
超声波有两个特点,一个是能量大,一个是沿直线传播.它的应用就是按照这两个特点展开的.
理论研究表明,在振幅相同的情况下,一个物体振动的能量跟振动频率的二次方成正比.超声波在介质中传播时,介质质点振动的频率很高,因而能量很大.在我国北方干燥的冬季,如果把超声波通入水罐中,剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴,再用小风扇把雾滴吹入室内,就可以增加室内空气的湿度.这就是超声波加湿器的原理.对于咽喉炎、气管炎等疾病,药力很难达到患病的部位.利用加湿器的原理,把药液雾化,让病人吸入,能够增进疗效.利用超声波的巨大能量还可以把人体内的结石击碎.
金属零件、玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻烦事.如果在放有这些物品的清洗液中通入超声波,清洗液的剧烈振动冲击物品上的污垢,能够很快清洗干净.
俗话说“隔墙有耳”(图1),这说明声波能够绕过障碍物.但是,波长越短,这种绕射现象越不明显,因此,超声波基本上是沿直线传播的,可以定向发射.如果渔船载有水下超声波发生器,它旋转着向各个方向发射超声波,超声波遇到鱼群会反射回来,渔船探测到反射波就知道鱼群的位置了.这种仪器叫做声纳.声纳也可以用来探测水中的暗礁、敌人的潜艇,测量海水的深度.
根据同样的道理也可以用超声波探测金属、陶瓷混凝土制品,甚至水库大坝,检查内部是否有气泡、空洞和裂纹.
人体各个内脏的表面对超声波的反射能力是不同的,健康内脏和病变内脏的反射能力也不一样.平常说的“B超”就是根据内脏反射的超声波进行造影,帮助医生分析体内的病变(图2). 有趣的是,很多动物都有完善的发射和接收超声波的器官.以昆虫为食的编幅,视觉很差,飞行中不断发出超声波的脉冲,依靠昆虫身体的反射波来发现食物.海豚也有完善的“声纳”系统,使它能在混浊的水中准确地确定远处小鱼的位置.现代的无线电定位器——雷达,质量有几十、几百、几千千克,蝙蝠的超声定位系统只有几分之一克,而在一些重要性能上,如确定目标方位的精确度、抗干扰的能力等都远优于现代的无线电定位器.深入研究动物身上各种器官的功能和构造,将获得的知识用来改进现有的设备和创制新的设备,这是近几十年来发展起来的一门新学科,叫做仿生学。