超声波技术及应用.ppt

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1、超声波原理及应用,目录,超声波简介 超声波的应用,自然界中的超声波,超声波的类型,纵波 横波 表面波 板波,表面波,表面波主要是指沿介质表面传递，而介质的质点沿椭圆形轨迹振动的波。表面波是一种瑞利波。,板波,在板厚与波长相当的薄板中传播的波。根据质点的振动方向不同可将板波分为SH波和兰姆波。 SH波：水平偏振的横波在薄板中传播的波。薄板中各质点的振动方向平行于板面而垂直于波的传播方向，相当于固体介质表面中的横波。兰姆波：兰姆波又分为对称型和非对称型。对称型兰姆波的特点是薄板中心质点作纵向振动，上下表面质点作椭圆运动、振动相位相反并对称于中心。 非对称型兰姆波特点是薄板中心质点作横向振动，上下表

2、面质点作椭圆运动、相位相同。,超声波的特点（1）,超声波可以在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播 超声波可以携带较多的能量 超声波的传播具有方向性 超声波在界面上会产生折射和反射，而且可能会改变振动模式。 超声波在液体中可以产生空化效应 超声波具有多普勒效应,超声波的特点（2）,容易衰减（在液体和固体中衰减较小） 传播速度受温度影响 在两种不同介质的界面处反射强烈，在许多场合必须使用耦合剂或匹配材料。 超声波可以聚焦。,超声波的产生机制,电磁振动 磁致伸缩效应 压电效应 静电引力 其它形式的机械振动,超声波效应,机械效效应：清洗、加工、抛光 声学效应：超声波探测 热效应：超声波焊接 空化

3、效应：乳化、雾化 化学效应： 例如纯的蒸馏水经超声处理后产生过氧化氢；溶有氮气的水经超声处理后产生亚硝酸；染料的水溶液经超声处理后会变色或退色。 生物效应：加快植物种子发芽,超声波的基本作用原理超声波和声波一样，是物质介质中的一种弹性机械波，只是频率不同。人们所能听到的频率上限为1018 kHz。物理学中规定，高于20kHz的是超声波，上限可高至与电磁波的微波区(10 GHz)重叠。但一般认为，对气体是50MHz，对液体固体是500MHz。超声波的产生原理是产生所需频率的电振荡，再转换成机械振荡。,超声波热学机理和其他形式的能一样，超声能也会转化为热能。生成热能的多少取决于介质对超声波的吸收所

4、吸收能量大部分或全部将转化为热能，从而导致组织温度升高。这种吸收声能而引起温度升高是稳定的，所以超声波可以在瞬间使内部温度升高，加速有效成分的溶解。,超声波机械机制超声波的机械作用主要是辐射压强和超声压强引起的。辐射压强可能引起两种效应：其一是简单的骚动效应；其二是在溶剂和悬浮体之间出现摩擦。这种骚动可使蛋白质变性，细胞组织变形。而辐射压将给予溶剂和悬浮体以不用的加速度， 即溶剂分子的速度远大于悬浮体的速度，从而在它们之间产生摩擦，这力量足以断开两碳原子之键，使生物分子解聚。,超声波空化作用由于大能量的超声波作用在液体里，当液体处于稀疏状态下时，液体会被撕裂成很多小的空穴，这些空穴一瞬间闭合，

5、闭合时产生瞬间高压，即称为空化效应。这种空化效应可细化各种物质以及制造乳浊液，加速待测物中的有效成分进入溶剂，进一步提取可以增加有效成分提取率。,超声波反射折射原理当超声波在密度均匀的介质中传播时，不会发生折射、反射等现象。当其通过不同的介质时，且两介质的交界面大于超声波的波长时，就会在两介质的交界面处发生折射和反射现象。反射声强的大小取决于两介质声阻的差异程度及入射角的大小，当垂直人射时反射声强,超声波的应用,测量：距离、流速、流量、厚度 探测：超声测距、安防探测、医学成像、无损探测、水下声纳、地质勘探、管道检漏、触摸屏 雾化：加湿、盆景、园艺、消毒、 空化：炼油、乳化 清洗：珠宝、首饰、精

6、密零件 加工：磨削、钻孔、抛光、焊接 美容：按摩、洁齿 医疗：结石破碎、医学成像、呼吸医疗 马达：相机镜头、微位移控制 生物：促进种子发芽 化学：加快酒类醇化、加快化学反应速度,超声波在制浆造纸工业中的应用,纸浆预处理利用超声技术处理纸浆，使之产生机械的打浆效应。研究发现，用超声波处理木浆，具有与机械打浆、精浆相似的效果，可对纤维细胞壁产生位移、变形以及细纤维化等作用。这主要是由于超声波空化产生的微射流对纤维的冲击、剪切作用，使纤维细胞壁出现裂纹、发生位移和变形，初生壁和次生壁外层破裂脱除，次生壁中层暴露出来；或使纤维产生纵向分裂，发生细纤维化。超声波处理不仅对纤维有机械打浆效应，而且经超声波

7、处理后，纤维的保水值增大，纤维的可及度和反应性能显著提高。对于含有较多果胶质的纤维，利用超声波进行预处理可以达到很好的脱胶效果。对于合成纤维的表面改性超声波更是起到了很好的作用，可以活化纤维表面，使纤维表面含氧官能团增加，引起纤维表面张力中极性分子增加。研究还发现，超声对纤维。,打浆纤维素纤维受超声波处理后解聚，由于高分子化合物与液体之间超声速度差产生摩擦力， 使纤维结构破坏。使用超声波处理各种纸浆，使纤维达到润胀，外层剥离，细纤维化，从而增加成纸强度,超声波振动筛,打浆机,超声波在医学诊断中的应用,左上为A型，右上为B型，左下为M型，右下为D型,根据不同的成像原理，超声波诊断方法可以分为A型

8、、B型、M型及D型四大类,A型：是以波形来显示组织特征的方法，主要用于测量器官的径线，以判定其大小。可用来鉴别病变组织的一些物理特性，如实质性、液体或是气体是否存在等。B型：用平面图形的形式来显示被探查组织的具体情况。检查时，首先将人体界面的反射信号转变为强弱不同的光点，这些光点可通过荧光屏显现出来，这种方法直观性好，重复性强，可供前后对比，所以广泛用于妇产科、泌尿、消化及心血管等系统疾病的诊断。,M型：是用于观察活动界面时间变化的一种方法。最适用于检查心脏的活动情况，其曲线的动态改变称为超声心动图，可以用来观察心脏各层结构的位置、活动状态、结构的状况等，多用于辅助心脏及大血管疫病的诊断。D型

9、：是专门用来检测血液流动和器官活动的一种超声诊断方法，又称为多普勒超声诊断法。可确定血管是否通畅、官腔是否狭窄、闭塞以及病变部位。新一代的D型超声波还能定量地测定官腔内血液的流量。近几年来科学家又发展了彩色编码多普勒系统，可在超声心动图解剖标志的指示下，以不同颜色显示血流的方向，色泽的深浅代表血流的流速。现在还有立体超声显像、超声CI、超声内窥镜等超声技术不断涌现出来，并且还可以与其他检查仪器结合使用，使疾病的诊断准确率大大提高。,彩色超声波诊断仪,用于培养液及药物的雾化超声波雾化是利用了其空化效应， 当水中的空穴发生爆炸时，由于局部的高温、高压的作用会引起高压水流；如果空穴的爆炸发生在水和空

10、气的界面，将会把空穴周围的水粉碎成非常微小的微粒，于是形成水雾从水中溢出。利用超声波雾化原理进行液体的雾化已在生产和生活中广泛应用，如环境加湿器、药物雾化器、无基质雾化植物培养等。应用超声波使营养液雾化，进行室内无基质培养或气培植物，可以解决水培养所面临的供氧困难和营养液循环装置需求问题，在作物营养、水分和根系观察等方面的研究与应用中是一种良好的手段。超声药物透入疗法及药物雾化给药，可以促进药物吸收、提高药效，对于呼吸道给药的治疗尤其有用，可以减少患者(尤其是小孩)用药的痛苦，因而在医院得到了广泛的应用。,超声波在生物技术领域的应用,超声波雾化器,提高种子的发芽率与遗传物质的转化率 超声波的生

11、物学效应，在农作物增产和沙地绿化等方面也有着重要意义。用超生波处理种子可提高发芽势、发芽率与种苗的成活率，从而提高作物产量与植树种草的成活率。如用超声波水浴对黑皮冬瓜种子进行处理，然后进行种子发芽试验，结果发现超声波处理显著地促进了黑皮冬瓜种子的萌发，提高了种子的活力；用超声波处理落叶松、云杉等林木种子，可改善林木种子的播种品质，提高种子发芽势和发芽率。Mason等报道超声波也能增加鱼卵的孵化率与孵出鱼苗的成活率。,超声波在植物提取中的应用,超声提取法广泛应用于多糖的提取中，例如用超声法提取新疆枸杞多糖，多糖收率提高30，提取时间缩短5倍以上，并且整个过程无需加热，避免了多糖的分解。所以超声提

12、取对于某些热敏性的成分的提取无疑是最有效的方法之一。同样，超声提取技术在新疆甘草多糖的提取中也有良好的应用前景，实验结果表明用超声法提取得甘草多糖的收率提高36 ，时间缩短3倍以上。超声提取之所以能高效地完成提取任务，原因是超声波的空化效应产生极大的压力造成被粉碎物细胞壁及整个生物体的破碎，而且整个破碎过程在瞬间完成；,超声波线缆测高仪,倒车雷达,超声波雾化器,超声波雾化器,超声波焊接机,超声波驱虫器,超声波圆筒式分散仪,超声马达,超声探伤仪,德国 Krautkramer K.K 公司,医学超声成像,线阵声纳,德国 基元数:3X96, 基阵长：48米,超声波清洗仪,小结,超声波最大的特点就是可以以振动的方式传递能量而不影响人类的听觉。 超声波的利用主要体现在三个方面，一是微幅高频振动的利用，二是能量传递效果的利用，三是超声信号的利用。 具体地说，就是超声马达、超声换能和超声传感。目前的大部分超声波应用都可以归结到这三个类别里面。,超声技术在造纸工业、医学、生物技术、植物提取等方面中广阔的应用前景，进一步开展这些技术的研究，是超声技术向有利于工业化大生产的方向发展，具有理论意义和实际的应用价值。 超声波技术在纳米材料制备中、军事、食品加工、蚕蛹中提取蚕蛹油、柴油氧化脱硫纺织用微胶囊制备中等的应用。,谢谢！,The End！,