超聲波測距原理圖
1. 超聲波探測和測距
與內(nèi)嵌的傳感器相比，超聲水平級或感知系統(tǒng)不需要與目標(biāo)接觸，在醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、軍事和一般的工業(yè)中，這是一個(gè)很大的優(yōu)勢，因?yàn)樗粫廴救萜骰蛘吖艿纼?nèi)的液體。連續(xù)波和脈沖波的超聲系統(tǒng)都有應(yīng)用。脈沖超聲技術(shù)的原理是發(fā)射信號由短暫突發(fā)的超聲波能量組成，每次突發(fā)之后，電子設(shè)備搜尋對應(yīng)于能量穿透容器這段時(shí)間窗內(nèi)的返回信號，只有這段時(shí)間窗內(nèi)接收到的信號才會用于信號處理。
超聲波測距的一個(gè)典型的消費(fèi)電子應(yīng)用就是Polaroid公司發(fā)明的SX-70照相機(jī)。它內(nèi)部有一個(gè)小型的傳感器，用來自動(dòng)對焦。Polaroid公司后來注冊了這種超聲波技術(shù)，該技術(shù)也成了各種超聲波產(chǎn)品的理論基礎(chǔ)。
超聲波探測和測距技術(shù)主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：
（1）非接觸傳感器
（2）運(yùn)動(dòng)傳感器和流量測量
（3）無損測試
（4）超聲波測距
（5）超聲波識別技術(shù)
2. 超聲波成像
1939年，Sokolov發(fā)現(xiàn)了3GHz的聲波成像技術(shù)，能夠產(chǎn)生和光學(xué)成像相同的分辨率，但是由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)限制，只能產(chǎn)生對比度很低的圖像以及很低的靈敏度。超聲波成像使用2MHz甚至更高的頻率，更短的波長能夠呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)和組織更精細(xì)的分辨率。功率密度通常低于1w/cm2，這有效避免了在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)加熱和空化效應(yīng)。高頻和超高頻聲波用于聲學(xué)顯微技術(shù)，頻率可達(dá)4GHz。超聲成像應(yīng)用包括工業(yè)無損檢測、質(zhì)量控制和醫(yī)學(xué)用途。
超聲波醫(yī)學(xué)成像
3. 超聲波的能量應(yīng)用
超聲波的大功率應(yīng)用主要使用20KHz到幾百KHz之間的頻率。功率密度通常在10w/cm2以上，在液體介質(zhì)中能夠產(chǎn)生空化現(xiàn)象，有些應(yīng)用使用超過1000w/cm2的功率密度，這時(shí)會產(chǎn)生化學(xué)變化或者直接引起化學(xué)反應(yīng)，還可以阻止微生物的有害活動(dòng)。（1）生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用
超聲波同樣也應(yīng)用在醫(yī)學(xué)中，當(dāng)和藥物劑量一起使用時(shí)非常有益。大功率的超聲波能夠粉粹石頭堆積物和組織，加速目標(biāo)區(qū)域的藥效，輔助測量組織的彈性性質(zhì)，還能將細(xì)胞和微粒分類用于講究。
（2）超聲撞擊處理（Ultrasonic impact treatment）
超聲撞擊處理使用超聲波來增強(qiáng)材料的醫(yī)學(xué)和物理性質(zhì)。這種技術(shù)基于磁致伸縮傳感器，是一種冶金工藝技術(shù)，在這種工藝中，超聲能量作用于金屬物體。超聲撞擊處理工具由超聲波傳感器、針腳和其它元件構(gòu)成，通過超聲耦合與工件接觸，產(chǎn)生諧波共振。這種諧波共振經(jīng)過了精確的頻率校準(zhǔn)，更有利于金屬的反應(yīng)。依靠處理的目標(biāo)效應(yīng)，使用不同的頻率和位移幅度組合。頻率范圍在25到55KHz，諧振子的位移幅度在22到50um。
（3）超聲波清洗
超聲波清洗機(jī)，工作在20到40KHz的頻率，可以用于清潔珠寶、透鏡及其它光學(xué)元件、手表、牙科設(shè)備、外科設(shè)備、潛水調(diào)節(jié)閥和工業(yè)設(shè)施等。
超聲波清洗機(jī)
和超聲波清洗類似，生物細(xì)胞包括細(xì)菌能夠分解。大功率超聲波產(chǎn)生的空化效應(yīng)能夠加快顆粒的分解和反應(yīng)。這在分析和化學(xué)用途（聲波降解法和聲孔效應(yīng)）的生物科學(xué)以及污水殺菌中都很有用。在干玉米磨粉車間，大功率超聲波能夠分解玉米漿液，增強(qiáng)液化和糖化作用，以增加乙醇產(chǎn)量。
（5）超聲波加濕器
超聲波加濕器是一種非常流行的加濕器。以超聲波頻率振動(dòng)金屬板來霧化水。水并不是通過加熱而蒸發(fā)，而是直接產(chǎn)生常溫的霧狀水。超聲波壓力不光能夠霧化水，而且還能霧化水中的其它物質(zhì)，如鈣、礦物質(zhì)、病毒、真菌、細(xì)菌以及其它雜質(zhì)。加濕器中能引起疾病的雜質(zhì)能夠有效去除，比普通的加濕器功能更強(qiáng)大。
（6）超聲波焊接
在塑料的超聲波焊接中，通過摩擦待連接的材料，高頻（15KHz-40KHz）、低振幅的超聲波可以產(chǎn)生熱量，兩部分的接觸面設(shè)計(jì)成能夠集中能量到最大的焊接強(qiáng)度。
超聲波焊接
頻率在20-100KHz的大功率超聲波常用在化學(xué)中。超聲波不會直接和分子相互作用引起化學(xué)變化，因?yàn)橄鄬τ诜肿拥臄?shù)量級，超聲波的波長通常是毫米量級。相反，能量引起的空化現(xiàn)象，會在發(fā)生反應(yīng)的液體中產(chǎn)生極高的溫度和壓力。超聲波還能破壞固體結(jié)構(gòu)，去掉惰性材料表面的保護(hù)層，以增大反應(yīng)的作用面積。這兩種效果都能加速反應(yīng)。2008年，Atul Kumar發(fā)表了他利用超聲波在液體微泡中合成了Hantzsch脂和衍生物的文章。
（8）超聲波武器
人們正在研究超聲波作為超聲武器的基礎(chǔ)理論，并使用在防爆、定向攻擊、殺傷級水平等應(yīng)用中。
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