超聲波的傳播形式和特點(diǎn)

超聲波和聲波一樣,是一種機(jī)械波, 由介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)受到外力的作用而發(fā)生周期性振動產(chǎn)生的。超聲波在介質(zhì)中傳播的波形取決于介質(zhì)可以承受何種作用力以及如何對介質(zhì)激發(fā)超聲波。通常有如下三種:縱波波型、橫波波型、表面波波型。縱波波型：當(dāng)介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動方向與超聲波的傳播方向一致時(shí)，此超聲波為縱波波型。任何固體介質(zhì)當(dāng)其體積發(fā)生交替變化時(shí)均能產(chǎn)生縱波。橫波波型：當(dāng)介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動方向與超聲波的傳播方向相垂直時(shí)，此種超聲波為橫波波型。由于固體介質(zhì)除了能承受體積不變形外，還能承受切變不變形，因此，當(dāng)其有剪切力交替作用于固體介質(zhì)時(shí)均能產(chǎn)生橫波。橫波只能在固體介質(zhì)中傳播。表面波波型：沿著固體表面?zhèn)鞑サ木哂锌v波和橫波的雙重性質(zhì)的波稱表面波。表面波可以看成是由平行于表面的縱波和垂直于表面的橫波合成, 振動質(zhì)點(diǎn)的軌跡為一橢圓，在距表面1/4波長深處振幅強(qiáng)，隨著深度的增加很快衰減，實(shí)際上離表面一個(gè)波長以上的地方，質(zhì)點(diǎn)振動的振幅已經(jīng)很微弱了。

超聲波在我們的日常生產(chǎn)生活中扮演著舉足輕重的角色和其本身的特點(diǎn)是離不開的，性質(zhì)決定其用途，與普通聲波相比，超聲波具有許多優(yōu)點(diǎn)，如下:

（1）直射性好。超聲波的頻率相對來說比較高,它的波長和聲波相比之下要短的多,衍射現(xiàn)象也不是很明顯,容易得到定向而集中的波束，在一定距離內(nèi)可沿著直線傳播，在遇到障礙物時(shí)會發(fā)生反射，遵循反射與折射定律。

（2）功率大。這是由超聲波本身的特點(diǎn)所決定的，因其波長相對較短，頻率也較高，本身又屬于能量的傳播形式，這也就說明它本身是攜帶了更強(qiáng)的能量，大功率的超聲波簡稱功率超聲。

（3）穿透能力強(qiáng)。超聲波在固體或者液體中時(shí)衰減很小，這也是其在水下探測及探傷方面取得重要應(yīng)用的原因所在，介質(zhì)吸收系數(shù)隨波的頻率增大而增大，超聲波的頻率增加時(shí)其穿透本領(lǐng)會下降，因此在不同的應(yīng)用中，其頻率的選擇不同。在不透明的固體中,超聲波能夠無損穿透幾十米的厚度,這反面可用于金屬等材料的探傷，液體中用于海底地形掃測和偵察，超聲波在遇到雜質(zhì)或者介質(zhì)分界面時(shí)會有明顯的反射，但其弱點(diǎn)在于超聲波在空氣中衰減較快，無法利用超聲波進(jìn)行空中遠(yuǎn)距離探測。

（4）能產(chǎn)生空化作用。超聲波在液體中傳播時(shí),由于其本身是一種機(jī)械波,若液體受壓產(chǎn)生逐級壓,相對比較穩(wěn)定，因此液體能耐壓，而承受拉力的能力卻很差，因此當(dāng)超聲波的波濃度足夠大時(shí)，承受不住拉力而發(fā)生斷裂，導(dǎo)致其產(chǎn)生近似于真空或者只含少量氣體的空穴，在聲波的壓縮階段,這些空穴也被壓縮，直到它們崩潰，在這些空穴崩潰過程中將會發(fā)生放電并伴隨發(fā)光現(xiàn)象,此現(xiàn)象被稱作空化作用。也正是由于這些特點(diǎn)的存在，促使超聲波走進(jìn)我們的生產(chǎn)生活之中，在國防、醫(yī)療，科技創(chuàng)新、農(nóng)業(yè)等許多領(lǐng)域得到了重要的應(yīng)用。