超声波

超声波（英语：Ultrasound），是指任何声波或振动，其频率超过人类耳朵可以听到的最高阈值20kHz（千赫）。超声波由于其高频特性而被广泛应用于医学、工业、情报等众多领域。某些动物，如犬只、海豚、以及蝙蝠等等都有着超乎人类的耳朵，也因此可以听到超声波。亦有人利用这个特性制成能产生超声波来呼唤犬只的犬笛。所谓超声波，只透过具有弹性与惯性介质，如空气，当空气本身一旦产生膨胀或压缩时，透过其分子的运动而有波动的传播产生。因此，音波无法在真空中进行传播。人类听觉能察觉波动，称之为声音。此时音波，即称之为可听波。超声波在军事、医疗及工业中有较大的用途。它应用按功率的大小可分为功率超声波和检测超声波。功率超声波的应用包括焊接、钻孔、粉碎、清洗、乳化等，它们多属于只发射不接受的超声波设备。目前人们对超声波加工的确切理论仍未透彻认识。检测超声波在军事中的应用有雷达定位等。医用超声波可以穿透肌肉及软组织，使得这项技术常用来扫描很多器官，以协助医疗上的诊断和治疗。产科超声波也常用在怀孕时期的检查。医生可以利用超声波成像法透视身体，但由于超声波不能穿透骨头，所以虽然超声波对人体伤害比较低，但仍不能完全取代X光。典型超声波大约2MHz到10MHz的频率，检测超声波波设备有发射及接收。可用于诊断人体内器官及组织的病变，由于其无创、无放射性而在医院中普遍使用。尤其是产科领域，由于胎儿对放射辐射的敏感性，基本不会对胎儿或母亲采用X光，CT等诊断设备，此时超声波就成为最佳选择。与X光，CT比较，超声波诊断仪拥有两个特点，第一是无放射性，也就是安全性高，第二是实时性，看到的图像是实时的，不需要等待胶片冲洗或数码成像的时间，这不仅仅节约了时间，而且可以实时进行测量，可以应用在心血管领域，测出血液流速，从而诊断病变情况。由于这两个特点，超声波超越了放射设备，成为医院与诊所必备的诊断仪器。但超声波诊断的图像不如X线清晰，且不适用于骨骼内部或含气体的组织如肺部的诊断，因此不能完全替代放射设备。可用于清洁用途，是目前清洗效果最佳的方式，一般认为是这利用了超声波在液体中的“空穴现象”。超声波清洗机的清洁原理，在于利用超声波振动清水，使微细的真空气泡在水里产生，当真空气泡爆破时释放了储存在气泡里面的能量，释放温度约5000℃以及超过10,000磅吋的压力将物件表面的油脂或污垢带走。清洗机所产生的超声波的频率约为20-50kHz，可应用在珠宝、镜片或其他光学仪器、牙医用具、外科手术用具及工业零件的清洁。除可以发出较低频率的纯机械的超声哨子以外，一般超声波设备有超声电源，换能器，变幅杆，工具头等构成。换能器有压电陶瓷换能器和磁致换能器两种。换能器和变幅杆的理论也可认为是一种专门的学科。用于量度距离。通过超声波发射装置发出超声波，根据接收器接到超声波时的时间差就可以知道距离了。这与雷达测距原理相似。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。（超声波在空气中的传播速度为v=340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离s，即：