Generering af ultralyd

Den"super" karakter af ultralyd kommer fra det faktum, at den nedre grænse af dets frekvensbånd overstiger menneskelig hørelse, men hvis du analyserer det i form af bølgelængde, er bølgelængden af ​​ultralyd faktisk kortere. Forskere kalder afstanden mellem to tilstødende toppe eller lave af en bølge som bølgelængde. Bølgelængden af ​​mekaniske bølger, som vores menneskelige ører kan høre, er 2cm~20m (2cm~20m). Derfor kalder vi mekaniske bølger med en bølgelængde kortere end 2 cm som"ultralyd." I praktiske applikationer kan mekaniske bølger med en bølgelængde under 3,4 cm (over 10000 Hz) dog betragtes som ultralydsforskning. Bølgelængden af ​​ultralyd, der normalt bruges til medicinsk diagnose, er 10μm ~ 350μm.

Ultralyd er en slags mekanisk bølge. Det skal stole på mediet for at forplante sig og kan ikke eksistere i vakuum (såsom rummet). Derfor kan vi ikke bruge ultralyd i vakuum, men vi kan stadig bruge elektromagnetisk bølgerelateret udstyr (herunder radiobølger, mikrobølger og infrarøde stråler). , Synligt lys, ultraviolette stråler, røntgenstråler, gammastråler osv.), ved hjælp af elektromagnetisk bølgeteknologi.

I luften refererer ultralydsbølger til mekaniske bølger med en bølgelængde på mindre end 2 cm (for eksempel 1,7 cm, 2 cm bølgelængde svarer til 17000 Hz, 1,7 cm bølgelængde svarer til 20000 Hz, faktisk er der ingen fast standard, blot en værdi, der er nem at huske), og dens bølgelængde er meget kort. Lavere end den generelle nedre grænse for menneskelig hørelse (2 cm) kalder folk denne uhørbar mekanisk bølgeultralyd, og bølgelængden af ​​infralydbølger er generelt længere end 20 meter (f.eks. 17 meter, 20m bølgelængde svarer til 17Hz, 17m bølgelængde svarer til 20Hz), højere end Den øvre grænse for hørebølgelængden. I praktiske anvendelser falder ultralydsbølger ofte sammen med rækken af ​​kortbølgede hørbare lydbølger, og mekaniske bølger med en bølgelængde kortere end 3,4 cm (10000hz) kan betragtes som ultralydsforskning.

Dens bølgelængde er meget kortere end almindelige lydbølger, så den kan bruges til skæring, svejsning, boring osv. På grund af dens korte bølgelængde har den mange karakteristika: For det første udbredelsesanisotropien forårsaget af den korte bølgelængde, og også pga. dens korte bølgelængde og dårlige diffraktionsevne. Selvom det har god anisotropi, har det et stort tab i luften og kan ikke overføres. Langt, dårlig penetration, let at sprede. Ultralyd er almindeligt anvendt i industri og medicin til ultralydsdetektion. Ultralyd, infralyd og hørbar lyd er stort set det samme. Fælles for dem er en mekanisk bølge, som normalt forplanter sig i elastiske medier i form af langsgående bølger. Det er en form for energiudbredelse. Forskellen er ultralydsbølger. Lang og kort, den kan rejse langs en lige linje inden for en vis afstand med lidt diffraktion og har god anisotropi. Men sammenlignet med hørbar lyd og infralyd har den dårlig gennemtrængningskraft og er let at sprede.

Udbredelseslovene for refleksion, brydning, diffraktion og spredning af ultralydsbølger i mediet er ikke væsentligt forskellige fra lovene for infralyd og hørbare lydbølger. Men bølgelængden af ​​ultralyd er meget kort, kun et par centimeter, endda et par tusindedele af en millimeter. Sammenlignet med andre bølger har ultralydsbølger mange karakteristika: udbredelseskarakteristika - bølgelængden af ​​ultralydsbølger er meget kort, og størrelsen af ​​almindelige forhindringer er mange gange større end bølgelængden af ​​ultralydsbølger. Derfor har ultralydsbølger dårlig penetration, dårlige diffraktionsevner og let spredning. . Det kan forplante sig i en lige linje i et homogent medium, men er svært at diffraktere. Jo kortere bølgelængden af ​​ultralydsbølgen er, jo mere tydelig er karakteristikken. Derudover er intensiteten af ​​den spredte bølge ifølge Rayleigh-spredningsloven omvendt proportional med bølgelængdens fjerde potens, og bølgelængden af ​​ultralydsbølgen er ekstremt kort. , Så spredningen er meget alvorlig, og gennemtrængningskraften er ikke god. Kavitation ─ ─ Når ultralydsbølgen forplanter sig i mediet, er der en positiv og negativ vekslende periode. I den positive fase klemmer ultralydsbølgen mediummolekylerne for at ændre mediets oprindelige tæthed og øge den; i undertryksfasen Når mediemolekylerne er sparsomme og yderligere spredt, reduceres mediets densitet. Når en tilstrækkelig stærk ultralydsbølge påføres det flydende medium, vil den gennemsnitlige afstand mellem mediemolekylerne overstige den kritiske molekylære afstand, der holder det flydende medium konstant. Der opstår brud, og der dannes mikrobobler. Disse små hulrum udvider sig og lukker sig hurtigt, hvilket forårsager voldsomme kollisioner mellem væskepartiklerne, hvilket resulterer i tryk på tusinder til titusindvis af atmosfærer. Denne voldsomme vekselvirkning mellem partiklerne har en god omrøringseffekt, så de to ublandbare væsker (såsom vand og olie) emulgerer og fremskynder opløsningen af ​​det opløste stof. De forskellige effekter forårsaget af virkningen af ​​ultralydsbølger i væsken kaldes ultralydskavitation.