【文章內(nèi)容簡介】 散射的能力），經(jīng)聲透鏡匯聚在壓電接收器上，所得電信號輸入放大器，利用掃描系統(tǒng)可把不透明試樣的形象顯示在熒光屏上。上述裝置稱為超聲顯微鏡。超聲成像技術(shù)已在醫(yī)療檢查方面獲得普遍應(yīng)用，在微電子器件制造業(yè)中用來對大規(guī)模集成電路進行檢查，在材料科學(xué)中用來顯示合金中不同組分的區(qū)域和晶粒間界等。聲全息術(shù)是利用超聲波的干涉原理記錄和重現(xiàn)不透明物的立體圖像的聲成像技術(shù)，其原理與光波的全息術(shù)基本相同，只是記錄手段不同而已。 (2) 在超聲處理方面的應(yīng)用利用超聲的機械效應(yīng)、溫?zé)嵝?yīng)、理化效應(yīng)，可進行超聲焊接、鉆孔、固體的粉碎、乳化 、脫氣、除塵、清洗、滅菌、促進化學(xué)反應(yīng)和進行生物學(xué)研究等，在工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等各個部門獲得了廣泛應(yīng)用。 超聲波焊接是利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的物體表面，在加壓的情況下，使兩個物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。超聲波焊接主要分超聲波塑料焊接和超聲波金屬焊接，超聲波塑料焊接具有焊接速度快，焊接強度高、密封性好的優(yōu)點；而超聲波金屬焊接的優(yōu)點在于快速、節(jié)能、熔合強度高、導(dǎo)電性好、無火花、接近冷態(tài)加工。針對所有的應(yīng)用市場，超音波焊接其特有的優(yōu)點——快捷、高效、清潔和牢固，贏得了各行各業(yè)的認可，在汽車、家電、包裝、玩具業(yè)、電子等行業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛。超聲波清洗是利用超聲波在液體中的空化作用、加速度作用及直進流作用對液體和污物直接、間接的作用，使污物層被分散、乳化、剝離而達到清洗目的。目前所用的超聲波清洗機中，空化作用和直進流作用應(yīng)用得更多。超聲波清洗具有清洗效果好、清洗速度快、清潔度高，不須人手接觸清洗液，安全可靠，對工件表面無損傷，節(jié)省溶劑、熱能、工作場地和人工等諸多優(yōu)點。超聲波清洗方式超過一般的常規(guī)清洗方法，特別是工件的表面比較復(fù)雜像一些表面凹凸不平、有盲孔的機械零部件，一些特別小而對請潔度有較高要求的產(chǎn)品如：鐘表和精密機械的零件，電子元器件，電路板組件等，使用超聲波清洗都能達到很理想的效果。超聲波技術(shù)在醫(yī)療方面的獨特療效已得到醫(yī)學(xué)界的普遍認可，并越來越被臨床重視和采用。超聲波治療時將超聲波能量作用于人體病變部位，以達到治療疾患和促進機體康復(fù)的目的。超聲波的機械作用可軟化組織，增強滲透，提高代謝，促進血液循環(huán)，刺激神經(jīng)系統(tǒng)和細胞功能，因此具有超聲波獨特的治療意義。超聲溫?zé)嵝?yīng)可增加血液循環(huán)，加速代謝，改善局部組織營養(yǎng)，增強酶活力。一般情況下，超聲波的熱作用以骨和結(jié)締組織為顯著，脂肪與血液為最少。超聲波治療以療效獨特，長期治療無毒副作用的安全特性見長，在肢體運動康復(fù)、心腦血管疾病治療方面有著獨特的優(yōu)勢，其體外無創(chuàng)的物理治療手段比較適合在社區(qū)、醫(yī)院運用。(3) 在基礎(chǔ)研究方面的應(yīng)用超聲學(xué)是研究超聲的科學(xué)，它是聲學(xué)的一個重要分支。超聲學(xué)是研究超聲的產(chǎn)生、接收和在媒質(zhì)中的傳播規(guī)律，超聲的各種效應(yīng)，以及超聲在基礎(chǔ)研究和國民經(jīng)濟各部門的應(yīng)用等內(nèi)容的聲學(xué)重要分支。機械運動是最簡單、也最普通的物質(zhì)運動，它和其他形式的物質(zhì)運動以及物質(zhì)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系非常密切。超聲振動本身就是一種機械運動，因此，超聲方法也是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一個重要途徑。20世紀(jì)40年代起，人們在研究媒質(zhì)中超聲波的聲速和聲衰減隨頻率變化的關(guān)系時，就陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了它們與各種分子弛豫過程（如分子的內(nèi)、外自由度之間能量轉(zhuǎn)換的熱弛豫，分子結(jié)構(gòu)狀態(tài)變化的結(jié)構(gòu)弛豫等過程）及微觀諧振過程（如鐵磁、順磁、核磁共振等）之間的關(guān)系，通過物質(zhì)對超聲的吸收規(guī)律可探索物質(zhì)的特性和結(jié)構(gòu)，這些方面的研究構(gòu)成了分子聲學(xué)這一聲學(xué)分支。隨著人們能產(chǎn)生和接收的超聲波頻率的不斷提高，已正在逐步接近點陣熱振動的頻率，利用這些甚高頻超聲的量子化聲能──聲子來研究原子間的相互作用、能量傳遞等問題是十分有意義的。通過對甚高頻超聲聲速和衰減的測定，可以了解聲波與點陣振動的相互關(guān)系及點陣振動各模式之間的耦合情況，還可以用來研究金屬和半導(dǎo)體中聲子與電子、聲子與超導(dǎo)結(jié)、聲子與光子的相互作用等。因此，超聲和電磁輻射及粒子轟擊一起列為研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和微觀過程的三大重要手段。與之有關(guān)的一門新分支學(xué)科──量子聲學(xué)也正在形成。超聲學(xué)是一門應(yīng)用性和邊緣性很強的學(xué)科，從它一百多年來的發(fā)展可以看出，超聲學(xué)是隨著它在國防、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)、超聲學(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，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。但是，超聲學(xué)仍是一門年輕的學(xué)科，其中存在著許多尚待深入研究的問題，對許多超聲波應(yīng)用的機理還未徹底了解，況且實踐還在不斷地向超聲學(xué)提出各種新的課題，而這些問題的不斷提出和解決，都已表明了超聲學(xué)是在不斷地向前發(fā)展著。超聲波測距的方法主要有三種，為相位檢測法、幅值檢測法和渡越時間法。相位檢測法檢測精度高，但是檢測距離有限，達不到本課題設(shè)計的要求。由于超聲波在傳播過程中，由于空氣雜質(zhì)含量不同，衰減系數(shù)也不一樣，聲波幅值檢測法的檢測精度和穩(wěn)定性受到很大的限制，所以此種方法不適合本課題的應(yīng)用。而渡越時間法工作原理簡單，電路容易實現(xiàn)。但是由于氣體介質(zhì)對超聲波存在反射和散射，使得超聲波在傳播過程中有很大的衰減，超聲波的最大檢測距離因此受到一定程度的限制。另一方便面超聲波的最大檢測距離與傳感器的發(fā)射功率和電路的放大倍數(shù)有關(guān)，發(fā)射功率越大，電路的放大倍數(shù)越大，接收電路的靈敏度越好，檢測距離就越遠。因此可以通過提高放大倍數(shù)和采用發(fā)射功率較大的超聲波探頭來解決此問題。此外超聲波在空氣中的傳播速度與溫度有很大關(guān)系，因此需對其進行溫度補償，而溫度補償在軟件和硬件上也很容易實現(xiàn)。綜上，本設(shè)計的測距方法采用渡越時間法。具體測距原理闡述如下。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停 止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2最常用的超聲測距的方法是回聲探測法，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時計數(shù)器開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物面的距離s，即：s=340t/2。 由于超聲波也是一種聲波，其聲速V與溫度有關(guān)。在使用時，如果傳播介質(zhì)溫度變化不大，則可近似認為超聲波速度在傳播的過程中是基本不變的。如果對測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒▽y量結(jié)果加以數(shù)值校正。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。這就是超聲波測距儀的基本原理。如圖23所示： 超聲波發(fā)射 障礙物 S H θ超聲波接收圖1 （21） （22）式中:L兩探頭之間中心距離的一半。又知道超聲波傳播的距離為: (23)式中:v—超聲波在介質(zhì)中的傳播速度； t—超聲波從發(fā)射到接收所需要的時間。將（2—2）、（2—3）代入（21）中得： (24)其中,超聲波的傳播速度v在一定的溫度下是一個常數(shù)(例如在溫度T=20度時,V=344m/s)；當(dāng)需要測量的距離H遠遠大于L時,則(2—4)變?yōu)? (2