超聲學(xué)出現(xiàn)于二十世紀(jì)初，是聲學(xué)中比較活躍的一個(gè)分支。它以經(jīng)典聲學(xué)理論為基礎(chǔ)，同時(shí)不斷結(jié)合材料學(xué)、電子學(xué)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、雷達(dá)、流體物理、以及計(jì)算技術(shù)等其它領(lǐng)域的成就，逐步發(fā)展成為一門綜合性高技術(shù)學(xué)科。超聲學(xué)已滲透到國(guó)防建設(shè)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、人民生活及科學(xué)技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域。超聲學(xué)的研究，可以歸類于如下幾個(gè)主要方向：超聲波發(fā)生器的設(shè)計(jì)，超聲換能器的設(shè)計(jì)，超聲效應(yīng)的研究，超聲應(yīng)用開(kāi)發(fā)。本文將從這幾個(gè)方面討論當(dāng)前國(guó)內(nèi)超聲技術(shù)的一些新進(jìn)展。
1 超聲波發(fā)生器的設(shè)計(jì)
1.1 超聲波發(fā)生器的理論分析與實(shí)現(xiàn)
超聲波發(fā)生器又稱為超聲電源，是超聲設(shè)備的重要組成部分，它的主要作用是將工頻交流電信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲頻電振蕩信號(hào)，擔(dān)負(fù)著向超聲換能器提供電能的任務(wù)，其技術(shù)水平?jīng)Q定了超聲設(shè)備的質(zhì)量。為了使超聲換能器可靠有效地工作，超聲發(fā)生器不但要向其提供足夠的功率，而且要求提供的電能與換能器的諧振頻率一致。大部分超聲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
圖1超聲系統(tǒng)框圖
（1）電流方案：根據(jù)換能器諧振時(shí)諧振阻抗最小、回路電流最大的原理，改變超聲電源的頻率，將換能器設(shè)定在電流最大時(shí)的工作狀態(tài)。
（2）功率方案：根據(jù)換能器諧振時(shí)電功率最大，反射功率最小的原理，將換能器兩端采樣得到的電壓和電流信號(hào)相乘，得到最大功率信號(hào)，搜索出最大功率點(diǎn)，即為諧振頻率點(diǎn)。
1.2 特殊應(yīng)用的超聲波發(fā)生器
基于超聲掃描顯微鏡的特殊應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)了一種分離式超聲波發(fā)射接收系統(tǒng)，可將脈沖發(fā)射接收單元置于換能器附近，縮短了信號(hào)傳輸線，減少了線纜反射，減少了噪聲拾取和干擾信號(hào)進(jìn)入超聲波信號(hào)的機(jī)會(huì)。
2 超聲換能器的設(shè)計(jì)
超聲換能器是電能與機(jī)械能轉(zhuǎn)換的功能器件，其主要作用是在超聲頻率范圍內(nèi)將高頻的電振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)或者將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。根據(jù)其電聲轉(zhuǎn)換原理的不同，換能器可分為磁致伸縮式和壓電式兩種。目前功率超聲中應(yīng)用最廣的是能量轉(zhuǎn)換效率更高的壓電換能器，尤其是夾心式縱向壓電換能器。另外，由于功率超聲換能器大部分工作在低頻超聲范圍，因此對(duì)換能器的功率、效率以及振動(dòng)位移的要求較高，而對(duì)于其他性能參數(shù)，如靈敏度、指向性以及分辨率等參數(shù)的要求則不是很嚴(yán)格。
3 超聲效應(yīng)的研究
超聲波可以分為檢測(cè)超聲波和功率超聲波兩大類。超聲波本質(zhì)上是一種在彈性介質(zhì)中傳播的機(jī)械波，檢測(cè)超聲是指能量低于1W/cm2、而頻率高于100kHz的超聲波，該類超聲波主要應(yīng)用于無(wú)損檢測(cè)和理化特性的診斷方面。超聲波又是一種能量形式，會(huì)局域改變傳播介質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài)，引起如力學(xué)效應(yīng)、熱學(xué)效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、聲空化效應(yīng)和聲流效應(yīng)等多種效應(yīng)，功率超聲通常指能量高于1W/cm2、頻率低于100kHz的超聲波，在機(jī)械、冶金、材料、化工、食品、醫(yī)藥、紡織及節(jié)能環(huán)保等許多重要領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。超聲波效應(yīng)總體上可以分為聲學(xué)效應(yīng)類、力學(xué)效應(yīng)類以及力-聲聯(lián)合效應(yīng)類三大類。
4 超聲應(yīng)用開(kāi)發(fā)
在超聲波的應(yīng)用領(lǐng)域，利用超聲空化進(jìn)行超聲清洗是其最為廣泛的應(yīng)用之一。2001年8月日本三洋電機(jī)宣布開(kāi)發(fā)出了超聲波洗衣機(jī)，但是二十余年來(lái)超聲波洗衣機(jī)的消費(fèi)者認(rèn)可度并不高。為了讓超聲波實(shí)現(xiàn)家用洗衣的功能，獨(dú)立地提出了一種新型的超聲波洗衣機(jī)，從結(jié)構(gòu)、清洗原理上與傳統(tǒng)洗衣機(jī)相比都有明顯的區(qū)別，且都嘗試將洗滌、熨燙、干燥功能集為一體。應(yīng)用極大值方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到了超聲波在紙張和布料兩種介質(zhì)中的能量衰減規(guī)律，并分析了超聲波在介質(zhì)中傳播能量損失的原因，這也是超聲波清洗進(jìn)入家用的有益嘗試。
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