超聲應用(以物理為基礎的通用技術之一)

超聲應用是一門以物理、電子、機械及材料學為基礎的通用技術之一。

概述

按超聲振動幅射大小不同大致可分為:

1、用超聲波使物體或物性變化的功率應用稱功率超聲,例如:在液體中發生足夠大的能量,產生空化作用,能用於清洗、乳化。

2、用超聲波得到若干信息,獲得通信應用,稱檢測超聲,例如:用超聲波在介質中的脈衝反射對物體進行厚度測試稱超聲測厚。

超聲波清洗及應用

一 超聲波清洗原理

超聲波清洗屬物理清洗,把清洗液放入槽內,在槽內作用超聲波。由於超聲波與聲波一樣是一種疏密的振動波,在傳播過程中,介質的壓力作交替變化。在負壓區域,液體中產生撕裂的力,並形成真空的氣泡。當聲壓達到一定值時,氣泡迅速增長,在正壓區域氣泡由於受到壓力擠破滅、閉合。此時,液體間相互碰撞產生強大的衝擊波。雖然位移、速度都非常小,但加速度卻非常大,局部壓力可達幾千個大氣壓,這就是所謂的空化效應。

二 影響清洗效果的幾個因素

1、與頻率的關係:一般頻率越低空化效果越明顯,但噪音相對較高,適用於物體面相對平正的物體。頻率越高,空化效果越差,但噪音相對較低,適用於微孔盲孔效多的物體及電子晶體等。

2、與溫度有關:一般30℃—50℃的介質溫度清洗效果最好。

3、與聲強有關:根據頻率不同,聲強一般選在1—2w/cm2左右。

4、與清洗液有關:一般來說,清洗液的粘度越低含氣量越高,清洗效果越好。

5、與清洗液的深度及被清洗物的位置有關。

三 超聲波清洗在各種領域的應用

由於超聲波清洗本身具有其它物理清洗或化學清洗無可比擬的優越性,因此廣泛應用於服務業、電子業、醫藥業、實驗室、機械業、硬質合金業、化學工業等諸多領域,下面就個別行業作簡單介紹。

1、在服務業中的應用。

日常生產中,眼鏡、首飾都可以用超聲波進行清洗,速度快,無損傷,大型的賓館、飯店用它清洗餐具,不僅清洗效果好,還具有殺滅病毒的作用。

2、超聲波在微粉業的應用

眾所周知,要取得不同大小的顆粒,是把破碎料放在球磨機內研磨后,經過不同規格篩子層層篩分而得的。篩子長時間使用后,篩孔會被堵塞(如金剛石篩),用其它方法刷洗會破壞篩子,且效果不理想,經過眾多廠家的試驗后,用超聲波清洗,不僅不損壞篩子,而且篩子上面的堵塞顆粒完全被回收。

3、超聲波在製藥工業的應用

超聲波清洗技術經過眾多製藥企業的應用而得到廣泛使用,特別是對西林瓶、口服液瓶、安瓶、大輸液瓶的清洗以及對丁基膠塞、天然膠塞的清洗方面,已經得到首肯。對於瓶類的清洗,是用超聲波清洗技術代替原有的毛刷機,它經過翻轉注水、超聲清洗、內外沖洗、空氣吹乾、翻轉等流程而實現的。

4、超聲對濾芯的清洗

我們知道,無論何種材質的過濾器或無論何種用途的過濾器,使用一段時間后,都會由於雜質而造成通透性降低而報廢,普通濾芯價格較低還可以,但對於化纖行業,一隻進口濾芯,價格近萬元,棄之實在可惜,我們同其它科研單位合作研製的超聲波濾芯清洗機,採用聚能型超聲波清洗機,它可把1KW以上的能量集中在200×20mm2 的輻射面上,超聲強度大,能夠快速將堵塞物去除,同時設備採用反過濾裝置,只要您提供波芯,我們就可為您提供整套清洗裝置。(該設備洗一根濾芯的時間為10—15分鐘)。適用於PP綿濾芯、活性炭濾芯、中空纖維濾芯陶瓷膜濾芯。

5、超聲波對金屬的清洗

眾所周知,金屬棒材經擠壓成絲后,金屬絲的外部往往有一層碳化膜和油,用酸清洗或其它清洗方法,很難讓污物去除(尤其整盤絲),超聲波洗絲機是根據實際生產需要而設計的一種連續走絲,高效清洗設備,粗洗部分由清洗液儲槽、換能器、循環泵、過濾器及配套管道系統組成,金屬絲經超聲波粗洗精洗后,再經過吹乾,從而完成整個清洗過程。整套設備集成控制,簡潔、方便、效果好,廣泛用於鉭絲、鎢絲、鉬絲、鈮絲、銅絲(絕緣漆塗覆前)等其它金屬絲。

6、超聲波清洗技術在磷化處理中的應用

產品噴塗前處理工藝非常重要,一般的傳統工藝使用酸液對工件進行處理,對環境污染較重,工作環境較差,同時,最大的弊端是結構複雜零件酸洗除銹后的殘酸很難沖洗乾淨。工件噴塗后,時間不長,沿着夾縫出現鏽蝕現象,破壞塗層表面,嚴重影響產品外觀和內在質量。超聲波清洗技術應用到塗裝前處理后,不僅能使物體表面和縫隙中的污垢迅速剝落,而且塗裝件噴塗層牢固不會返銹。

超聲波清洗在各行各業都可用到,以上的幾種僅是具有代表性的行業應用,還有許多新的行業和領域都可以使用超聲波清洗,期待着廣大使用單位和生產廠家共同開發探索。

超聲波測厚及應用

在工業領域中超聲波測厚是一門成熟的高新技術,它的最大優點是檢測安全、可靠及精度高,而且它可以巡迴在運行狀態進行檢測。超聲測厚儀按工作原理分:有共振法、干涉法及脈衝反射法等。

幾種,由於脈衝反射法並不涉及共振機理,與被測物表面的光潔度關係不密切,所以超聲波脈衝法測厚儀是最受用戶歡迎的一種儀錶。

1 工作原理

超聲波測厚儀主要有主機和探頭兩部分組成。主機電路包括發射電路、接收電路、計數顯示電路三部分,由發射電路產生的高壓衝擊波激勵探頭,產生超聲發射脈衝波,脈衝波經介質介面反射后被接收電路接收,通過單片機計數處理后,經液晶顯示器顯示厚度數值,它主要根據聲波在試樣中的傳播速度乘以通過試樣的時間的一半而得到試樣的厚度。

我廠經營的HT系列超志波測厚儀,在採用國內外先進技術的基礎上,運用單片機技術研製 的一種低功耗低下限袖珍式的智能測量儀器,不僅有測量不同材質厚度的儀器,而且有單測鋼,超薄型的,同時均可配套高溫測厚探頭。

2 測厚儀應用領域

由於超聲波處理方便,並有良好的指向性,超聲技術測量金屬,非金屬材料的厚度,既快又準確,無污染,尤其是在只許可一個側面可按觸的場合,更能顯示其優越性,廣泛用於各種板材、管材壁厚、鍋爐容器壁厚及其局部腐蝕、鏽蝕的情況,因此對冶金、造船、機械、化工、電力、原子能等各工業部門的產品檢驗,對設備安全運行及現代化管理起着主要的作用。

超聲清洗與超聲測厚儀僅是超聲技術應用的一部分,還有很多領域都可以應用到超聲技術。比如超聲波霧化、超聲波焊接、超聲波鑽孔、超聲波研磨、超聲波拋光、超聲馬達等等。超聲波技術將在各行各業得到越來越廣泛的應用。

超聲醫療

超聲治療學是超聲醫學的重要組成部分。超聲治療時將超聲波能量作用於人體病變部位,以達到治療疾患和促進機體康復的目的。

在全球,超聲波廣泛運用於診斷學、治療學、工程學、生物學等領域。賽福瑞家用超聲治療機屬於超聲波治療學的運用範疇。

(一)工程學方面的應用:水下定位與通訊、地下資源勘查等

(二)生物學方面的應用:剪切大分子、生物工程及處理種子等

(三)診斷學方面的應用:A型、B型、M型、D型、雙功及彩超等

(四)治療學方面的應用:理療、治癌、外科、體外碎石、牙科等

超聲波的特點:

1、超聲波在傳播時,方向性強,能量易於集中。

2、超聲波能在各種不同媒質中傳播,且可傳播足夠遠的距離。

3、超聲與傳聲媒質的相互作用適中,易於攜帶有關傳聲媒質狀態的信息(診斷或對傳聲媒質產生效應。(治療)

超聲波是一種波動形式,它可以作為探測與負載信息的載體或媒介(如B超等用作診斷);超聲波同時又是一種能量形式,當其強度超過一定值時,它就可以通過與傳播超聲波的媒質的相互作用,去影響,改變以致破壞後者的狀態,性質及結構(用作治療)。

超聲波的發展史:

一、國際方面:

自19世紀末到20世紀初,在物理學上發現了壓電效應與反壓電效應之後,人們解決了利用電子學技術產生超聲波的辦法,從此迅速揭開了發展與推廣超聲技術的歷史篇章。

1922年,德國出現了首例超聲波治療的發明專利。

1939年發表了有關超聲波治療取得臨床效果的文獻報道。

40年代末期超聲治療在歐美興起,直到1949年召開的第一次國際醫學超聲波學術會議上,才有了超聲治療方面的論文交流,為超聲治療學的發展奠定了基礎。1956年第二屆國際超聲醫學學術會議上已有許多論文發表,超聲治療進入了實用成熟階段。

二、國內方面:

國內在超聲治療領域起步稍晚,於20世紀50年代初才只有少數醫院開展超聲治療工作,從1950年首先在北京開始用800KHz頻率的超聲治療機治療多種疾病,至50年代開始逐步推廣,並有了國產儀器。公開的文獻報道始見於1957年。到了70年代有了各型國產超聲治療儀,超聲療法普及到全國各大型醫院。

40多年來,全國各大醫院已積累了相當數量的資料和比較豐富的臨床經驗。特別是20世紀80年代初出現的超聲體外機械波碎石術和超聲外科,是結石症治療史上的重大突破。如今已在國際範圍內推廣應用。高強度聚焦超聲無創外科,已使超聲治療在當代醫療技術中佔據重要位置。而在21世紀(HIFU)超聲聚焦外科已被譽為是21世紀治療腫瘤的最新技術。

超聲波治病機理:

1.機械效應:超聲在介質中前進時所產生的效應。(超聲在介質中傳播是由反射而產生的機械效應)它可引起機體若干反應。超聲振動可引起組織細胞內物質運動,由於超聲的細微按摩,使細胞漿流動、細胞震蕩、旋轉、摩擦、從而產生細胞按摩的作用,也稱為“內按摩”這是超聲波治療所獨有的特性,可以改變細胞膜的通透性,刺激細胞半透膜的彌散過程,促進新陳代謝、加速血液和淋巴循環、改善細胞缺血缺氧狀態,改善組織營養、改變蛋白合成率、提高再生機能等。使細胞內部結構發生變化,導致細胞的功能變化,使堅硬的結締組織延伸,鬆軟。

超聲波的機械作用可軟化組織,增強滲透,提高代謝,促進血液循環,刺激神經系統和細胞功能,因此具有超聲波獨特的治療意義。

2.溫熱效應:人體組織對超聲能量有比較大的吸收本領,因此當超聲波在人體組織中傳播過程中,其能量不斷地被組織吸收而變成熱量,其結果是組織的自身溫度升高。

產熱過程既是機械能在介質中轉變成熱能的能量轉換過程。即內生熱。超聲溫熱效應可增加血液循環,加速代謝,改善局部組織營養,增強酶活力。一般情況下,超聲波的熱作用以骨和結締組織為顯著,脂肪與血液為最少。

3.理化效應:超聲的機械效應和溫熱效應均可促發若干物理化學變化。實踐證明一些理化效應往往是上述效應的繼發效應。TS-C型治療機通過理化效應繼發出下列五大作用:

A.彌散作用:超聲波可以提高生物膜的通透性,超聲波作用后,細胞膜對鉀,鈣離子的通透性發生較強的改變。從而增強生物膜彌散過程,促進物質交換,加速代謝,改善組織營養。

B.觸變作用:超聲作用下,可使凝膠轉化為溶膠狀態。對肌肉,肌腱的軟化作用,以及對一些與組織缺水有關的病理改變。如類風濕性關節炎病變和關節、肌腱、韌帶的退行性病變的治療。

C.空化作用:空化形成,或保持穩定的單向振動,或繼發膨脹以致崩潰,細胞功能改變,細胞內鈣水平增高。成纖維細胞受激活,蛋白合成增加,血管通透性增加,血管形成加速,膠原張力增加。

D.聚合作用與解聚作用:水分子聚合是將多個相同或相似的分子合成一個較大的分子過程。大分子解聚,是將大分子的化學物變成小分子的過程。可使關節內增加水解酶和原酶活性增加。

E.消炎,修復細胞和分子:超聲作用下,可使組織PH值向鹼性方面發展。緩解炎症所伴有的局部酸中毒。超聲可影響血流量,產生致炎症作用,抑制並起到抗炎作用。使白細胞移動,促進血管生成。膠原合成及成熟。促進或抑制損傷的修復和癒合過程。從而達到對受損細胞組織進行清理、激活、修復的過程。