Ultraschallerzeugung

Das"super" Charakter des Ultraschalls kommt von der Tatsache, dass die untere Grenze seines Frequenzbandes das menschliche Gehör überschreitet, aber wenn man es in Bezug auf die Wellenlänge analysiert, ist die Wellenlänge des Ultraschalls tatsächlich kürzer. Als Wellenlänge bezeichnen Wissenschaftler den Abstand zwischen zwei benachbarten Gipfeln oder Tälern einer Welle. Die Wellenlänge mechanischer Wellen, die unser menschliches Ohr hören kann, beträgt 2cm~20m (2cm~20m). Daher bezeichnen wir mechanische Wellen mit einer Wellenlänge von weniger als 2 cm als"Ultraschall.&Zitat; In praktischen Anwendungen können mechanische Wellen mit einer Wellenlänge unter 3,4 cm (über 10000 Hz) jedoch als Ultraschallforschung angesehen werden. Die Wellenlänge des Ultraschalls, die normalerweise für die medizinische Diagnose verwendet wird, beträgt 10 μm bis 350 μm.

Ultraschall ist eine Art mechanische Welle. Es muss sich auf das Medium verlassen, um sich auszubreiten und kann nicht im Vakuum (wie dem Weltraum) existieren. Daher können wir Ultraschall nicht im Vakuum verwenden, aber wir können dennoch Geräte verwenden, die mit elektromagnetischen Wellen in Verbindung stehen (einschließlich Radiowellen, Mikrowellen und Infrarotstrahlen). , sichtbares Licht, ultraviolette Strahlen, Röntgenstrahlen, Gammastrahlen usw.), unter Verwendung der elektromagnetischen Wellentechnologie.

In der Luft beziehen sich Ultraschallwellen auf mechanische Wellen mit einer Wellenlänge von weniger als 2 cm (z. B. 1,7 cm, 2 cm Wellenlänge entspricht 17000 Hz, 1,7 cm Wellenlänge entspricht 20000 Hz, tatsächlich gibt es keinen festen Standard, nur ein leicht zu merkender Wert) und seine Wellenlänge ist sehr kurz. Unter der allgemeinen Untergrenze des menschlichen Hörvermögens (2 cm) wird dies als unhörbare mechanische Welle Ultraschall bezeichnet, und die Wellenlänge von Infraschallwellen ist im Allgemeinen länger als 20 Meter (z. B. 17 Meter, 20 m Wellenlänge entspricht 17 Hz, 17 m Wellenlänge entspricht 20Hz), höher als die obere Grenze der Hörwellenlänge. In praktischen Anwendungen fallen Ultraschallwellen oft mit dem Bereich kurzwelliger hörbarer Schallwellen zusammen, und mechanische Wellen mit einer Wellenlänge von weniger als 3,4 cm (10000 Hz) können als Ultraschallforschung angesehen werden.

Seine Wellenlänge ist viel kürzer als gewöhnliche Schallwellen, so dass es zum Schneiden, Schweißen, Bohren usw. verwendet werden kann. Aufgrund seiner kurzen Wellenlänge hat es viele Eigenschaften: erstens die durch die kurze Wellenlänge verursachte Ausbreitungsanisotropie und auch wegen seine kurze Wellenlänge und sein schlechtes Beugungsvermögen. Obwohl es eine gute Anisotropie besitzt, weist es einen großen Verlust in der Luft auf und kann nicht übertragen werden. Weit, schlechte Penetration, leicht zu streuen. Ultraschall wird häufig in Industrie und Medizin zur Ultraschalldetektion verwendet. Ultraschall, Infraschall und hörbarer Schall sind im Wesentlichen gleich. Gemeinsam ist ihnen eine mechanische Welle, die sich in elastischen Medien meist in Form von Longitudinalwellen ausbreitet. Es ist eine Form der Energieausbreitung. Der Unterschied sind Ultraschallwellen. Lang und kurz kann es sich innerhalb einer bestimmten Entfernung mit geringer Beugung entlang einer geraden Linie bewegen und hat eine gute Anisotropie. Im Vergleich zu hörbarem Schall und Infraschall hat es jedoch eine geringe Durchdringungskraft und ist leicht zu streuen.

Die Ausbreitungsgesetze der Reflexion, Brechung, Beugung und Streuung von Ultraschallwellen im Medium unterscheiden sich nicht wesentlich von den Gesetzen des Infraschalls und der hörbaren Schallwellen. Aber die Wellenlänge des Ultraschalls ist sehr kurz, nur wenige Zentimeter, sogar einige Tausendstel Millimeter. Im Vergleich zu anderen Wellen haben Ultraschallwellen viele Eigenschaften: Ausbreitungseigenschaften – die Wellenlänge von Ultraschallwellen ist sehr kurz und die Größe gewöhnlicher Hindernisse ist um ein Vielfaches größer als die Wellenlänge von Ultraschallwellen. Daher haben Ultraschallwellen eine schlechte Durchdringung, ein schlechtes Beugungsvermögen und eine leichte Streuung. . Es kann sich in einem homogenen Medium geradlinig ausbreiten, ist aber schwer zu beugen. Je kürzer die Wellenlänge der Ultraschallwelle ist, desto deutlicher ist die Charakteristik. Außerdem ist gemäß dem Rayleigh-Streuungsgesetz die Intensität der gestreuten Welle umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge, und die Wellenlänge der Ultraschallwelle ist extrem kurz. , Die Streuung ist also sehr ernst und die Durchschlagskraft ist nicht gut. Kavitation ─ ─ Bei der Ausbreitung der Ultraschallwelle im Medium gibt es eine positive und eine negative Wechselperiode. In der positiven Phase drückt die Ultraschallwelle die Mediummoleküle zusammen, um die ursprüngliche Dichte des Mediums zu ändern und zu erhöhen; in der Unterdruckphase Wenn die Mediummoleküle spärlich und weiter dispergiert sind, wird die Dichte des Mediums verringert. Wenn das flüssige Medium mit einer ausreichend starken Ultraschallwelle beaufschlagt wird, überschreitet der durchschnittliche Abstand zwischen den Molekülen des Mediums den kritischen Molekülabstand, der das flüssige Medium konstant hält. Es kommt zum Bruch und es bilden sich Mikrobläschen. Diese kleinen Hohlräume dehnen sich aus und schließen sich schnell, was zu heftigen Kollisionen zwischen den Flüssigkeitspartikeln führt, was zu Drücken von Tausenden bis Zehntausenden Atmosphären führt. Diese heftige Wechselwirkung zwischen den Partikeln hat eine gute Rührwirkung, so dass die beiden nicht mischbaren Flüssigkeiten (wie Wasser und Öl) emulgieren und die Auflösung des gelösten Stoffes beschleunigen. Die verschiedenen Effekte, die durch die Einwirkung von Ultraschallwellen in der Flüssigkeit verursacht werden, werden als Ultraschallkavitation bezeichnet.