人生活在声波的世界里。说话声、唱歌声、音乐声、行车声、嘈杂声……其实,人能听到的仅是声波的一部分。实验表明,人仅能听到频率在20~20000赫以内的声波。这个范围内的声波叫可闻声波。低于20赫的叫次声波,高于20000赫的叫超声波。次声波和超声波是人听不见的。可闻声主要应用于语言交流和音乐等。次声波波长长,绕射能力强,不易被水、空气和一般障碍阻挡吸收。地震、核爆炸产生的次声可绕地球传播两三周。因此次声可用来探测高空气象、侦察核爆炸、预测地震等。超声波波长短,对液体和固体有较强的穿透能力,可用来对机械零件探伤,诊断人体内脏器官病变、粉碎肾结石。还可用来清洗机械、仪器零件等。
19世纪时,德国科学家克拉尼通过实验得出:2万赫是人耳所能听到的声波的上限。后来人们就把这种超过2万赫的人耳不能听到的声波叫做超声波。
神奇的超声与次声超声波有两个很重要的特性:第一是它的定向性。由于超声波的频率很高,所以波长很短,因此它可以像光那样沿直线传播,而不像那些波长较长的声波会绕过物体前进。超声波碰到障碍物就会反射回来,通过接收和分析反射波,就可以测定障碍物的方向和距离。在自然界里,蝙蝠就是用口器发出超声波,用耳朵接收反射波来辨别障碍物的,因此它在漆黑的岩洞里能够飞翔自如,还能准确无误地捕捉到小飞虫呢!
超声波的第二个特点是它在水里能传播很远的距离。在空气中,3万赫的超声波前进24米,强度就减弱过半;而在水里,它前进44千米强度才减弱一半,是空气中传播距离的1800倍左右。由于光和其他电磁波在水里步履维艰,走不了多远,因此超声波便成了探测水中物体的首选工具了。
第一次世界大战的时候,德国潜水艇凭借浩瀚的海洋做掩护,频频袭击英国和法国的巡洋舰。此时,法国科学家朗之万心急如焚,他经过苦心钻研,发明了一种叫声呐的仪器。声呐由超声波发生器和接收器两部分组成。发声器主动发出超声波,接收器接收并测量各种回声,通过计算发出和收到信号的时间间隔来发现各种目标。精密的主动声呐不仅能够确定目标的位置、形状,甚至还能分析出敌潜艇的许多性能呢。
在和平的年代里,声呐还被用来探测鱼群、测定暗礁、港口导航等。用现代的侧扫声呐来考察海底的情况,它能清晰地把海底地貌描绘到图纸上,画出精确的“地貌声图”,误差不超过20厘米。
同样的道理,把超声波送入人体,产生的反射波经过电子设备的处理,会在荧光屏上显示出清晰的图像,把人体内脏的大小、位置、彼此间的关系和生理状况反映得清清楚楚。大家熟悉的医院里常做的B超检查,就是用B型超声波来检查肝、胆、胰以及子宫、盆腔、卵巢等重要内脏器官,及时发现其中的结石、肿瘤等病变。利用超声波,医生还能对怀孕妇女腹中的胎儿进行检查。
超声波检测的原理应用到工程上,就是超声探伤。只要向工件发射一束超声波,遇到工件内隐藏的裂纹、砂眼、气泡等,超声波就会发生不正常的反射波,再小的缺陷也逃不过它的检测。超声波成了工程师明亮的“眼睛”。
超声技术
自19世纪末到20世纪初,在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后,人们解决了利用电子学技术产生超声波的办法,从此迅速揭开了发展与推广超声技术的历史篇章。
1922年,德国出现了首例超声波治疗的发明专利。40年代末期超声治疗在欧美兴起,1949年召开的第一次国际医学超声波学术会议上,才有了超声治疗方面的论文交流,为超声治疗学的发展奠定了基础。1956年第二届国际超声医学学术会议上已有许多论文发表,超声治疗进入了实用成熟阶段。
国内在超声治疗领域起步稍晚,1950年首先在北京开始用800KHz频率的超声治疗机治疗多种疾病,至50年代开始逐步推广,并有了国产仪器。到了70年代有了各型国产超声治疗仪,超声疗法普及到全国各大型医院。
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