一、超聲波機理概述 

　　超聲（shēng）波是物理介質中的一種彈性機（jī）械波，它和電、磁、光等同樣是一種（zhǒng）物理能量形式（shì）。超聲波具有聚（jù）束、定向及反射、透射等（děng）特性。超聲技術的應用（yòng）主要是利用超聲波具（jù）有（yǒu）的諸多特性，其中（zhōng）特別（bié）突出的是（shì），由於超聲波頻率高、波長短，因而衍射現象不明顯，所以傳播直進性（xìng）好，方向性強；超聲波引起的介質微粒（lì）振動可以產生很大的速度和加速度，傳給介（jiè）質微粒的能量比可聽聲（shēng）音要大得多；固體對（duì）超聲波（bō）吸收很微弱；在不透明的固體中，超聲波能穿透幾十米的厚度；超聲波碰到雜質或介質分界麵有明顯的反（fǎn）射，能量比較大的超（chāo）聲波能對介（jiè）質產生很多效應。 

　　超聲技術的用途可分為兩大類，檢測超聲（也稱弱超聲）和功率超聲（也稱強超聲），二者的主要區別是（shì）介質微粒的振（zhèn）動幅度（dù）不（bú）同，檢測超聲介質微粒（lì）的振動幅度很小，主要用於（yú）采集信息（xī），對物體進行無損檢測；功率超（chāo）聲則利用能量來改變材料的（de）某些狀（zhuàng）態，需要比較大的功率，如超聲清（qīng）洗、超聲萃取、超聲乳化、超聲水處理（lǐ）、超聲機械加工等。

二、超聲場的基（jī）本物（wù）理量、物理特性（xìng）、產生（shēng）的理化生效（xiào）應 

　   1、超聲（shēng）場的基本物理量 

　（1）聲壓? 超聲場（chǎng）中某一點在某一時刻具有的壓力與沒有超聲存在時的（de）靜壓力之差稱為聲壓。 

　（2）聲速? 超聲波在彈性（xìng）介質中傳播的速度。 

　（3）聲強? 超聲波的聲強是（shì）指在垂直於進行波傳播方向上（shàng）每平方厘米每秒所傳送的能量。 

　（4）聲功率? 聲功率是反應聲場中總能量關（guān）係的一個物理（lǐ）量，平均聲功率是單位時間裏通過垂直於聲傳播方向的麵（miàn）積的平均聲（shēng）能量。 

　（5）聲阻抗? 聲阻抗是指介質的特性阻抗。 　　

　　2、超聲場的物理特性 

　 （1）反射與折射? 平麵聲波傳播到兩種特性阻抗（kàng）不同的介質平麵分界（jiè）麵上時，一部分聲波被反射，另一部分被折射到（dào）相鄰的介質（zhì）內（nèi），稱為反射與折射。 

　  （2）超聲波的（de）吸收? 聲波在傳遞過程中能量被介質吸收（shōu），轉化為介質質點的振動能、熱能等，從而導致聲強降低，介質吸聲係（xì）數越高，介質吸聲效果越好。介質分為液體介質、氣體介質和固體介質。 

　  （3）幹涉的形（xíng）成? 如果在一種介（jiè）質中有幾個聲波，就會（huì）產生（shēng）波的幹涉現象，由於聲波的幹涉，在幅照（zhào）器的周圍將形成一個（gè）包括很大和很小聲強的聲場。 

　 （4）駐波聲（shēng）場? 幹（gàn）涉可以形（xíng）成駐波場，在每相距二分之一個波長的（de）地方出現振動節點，這些地方的介質為靜止狀態，在兩個相鄰節（jiē）點之（zhī）間出現振動波峰，也就是（shì）介質振動幅（fú）度為最大值。當（dāng）兩個完全相同（tóng）的波從（cóng）相（xiàng）反的方向傳播時，就會產生駐波。 

　   3、超聲場產生的物（wù）理、化學、生（shēng）物效應 

　 （1）機械（xiè）效應? 超聲在（zài）傳播過程中，會引發質（zhì）點的交替（tì）壓縮與伸張，構成了壓力的變（biàn）化，引起介質質（zhì）點振動（dòng）的機械效應（yīng），其質點加速度有時可超過重力（lì）加速度數萬倍，從而對介質（zhì）造成強大的機械效應。 

　　（2）熱效應? 由於物質的（de）聲吸收特性，超聲能量射入物質後，部分超聲能量將轉變成熱能，促（cù）使物質溫（wēn）度升（shēng）高。物質溫度與聲吸收有著密切的關（guān）係。超聲熱效應（yīng）的機理大致有如下幾方麵：a、超聲振動通過介質時能量發生轉變；b、介質質點發（fā）生周期性緊縮（suō），引起溫度增高中心，該中心發生在（zài）超聲波的壓縮相位中；c、在不同種組織分界部（bù）分，由（yóu）於組織分層，介質（zhì）阻抗不同，將產生反射，形成駐波，引起分子間（jiān）相對運動，產生摩擦而形成熱，這時在與駐波區（qū）相應的（de）位置（zhì）上就有局部溫度增高。上述諸因素中，介質（zhì）的聲吸收是熱效（xiào）應產生的主要原因（yīn）。 

　  （3）空化效應? 超（chāo）聲空化是功率超聲在液體介質中引起（qǐ）的一種基（jī）本，且又特有的物理過程，超聲空化是這樣產生的：存在於液體中的微氣泡（又稱空化核）在聲（shēng）場的作用下（xià）振動，當聲壓達（dá）到一定值時，氣泡將迅速膨脹，然後突然閉合，在（zài）氣泡閉合時產生衝擊（jī）波，然（rán）後崩潰，這（zhè）種微小氣泡振動、膨脹、閉合、崩潰等一係列動力學（xué）過程稱（chēng）為聲空化（Acoustic Cavitation）。超聲空化產生時，在空化發生的局部可以產生壓力高達（dá）上千個大（dà）氣壓的巨大壓力，空化泡破裂時還能產生速度大於每秒300米（mǐ）的衝擊波。因而，多年來（lái）聲空化（huà）現象（xiàng）是超聲學及其（qí）應用的一項基礎研究，聲化學是其（qí）中一個重要分（fèn）支。 

　  （4）熱解和自由基效應? 聲化學反應時溶液中的有機物產生（shēng）熱解反應（yīng）和氧化反應兩種（zhǒng）類型的聲化學反應。進入空化（huà）泡的（de）水蒸氣在高溫和高壓環境下發生分裂和鏈式反應以及（jí）聲致自由（yóu）基反應。疏水性、易揮發的有機物可進入空化泡內進行類似燃燒化學反（fǎn）應的熱解反應；親水性（xìng）、難揮（huī）發性的有機物在空化泡氣液界麵上或在液（yè）體中發生氧化反應。 

　 （5）聲流效應（yīng）? 超聲射入於兩（liǎng）種不同聲阻抗的介質界麵時，動量發（fā）生變化（huà），產生幅（fú）照壓力，對介質粒子（如生物細胞或（huò）物質分子）可（kě）產生（shēng）撕裂並引起聲流，即引起介質粒子（生物細胞和物質（zhì）分子（zǐ））的移動或（huò）轉動（dòng），當這種運動的（de）幅度足夠大（dà）時，會引起介質粒子損傷（破壁或（huò）變型）。 

　 （6）傳質效應? 超聲波作用時（shí），可使介質質點處於振動狀態，從而增強液態介質中質點的運動、加速質量傳遞作用，從而可提高生物反應（yīng）或（huò）化學反應的速度，這就是超聲對（duì）傳質的促進作用。 

　 （7）觸變效（xiào）應? 超聲波的作用（yòng）還會引起生物組織結合狀（zhuàng）態的改變，如降低粘滯性，造成細胞（bāo）液變稀，細胞質沉澱，這種效應稱為觸（chù）變（biàn）效應。當聲強過高時，觸變（biàn）效應是（shì）不可（kě）逆變（biàn）化，會對組織造成損傷（shāng）。