神通廣大的 超聲波

張圣軍 倪學(xué)利

同學(xué)們知道超聲波嗎？超聲波是聲音的一種，但我們卻聽不到它，這是因為其頻率（指聲源在1秒的時間里振動的次數(shù)）非常高，大于20 000赫茲，超出了人耳聽覺范圍（人耳的聽覺范圍是20～20 000赫茲）。超聲波除了具有聲音的反射（也稱回聲）、傳遞信息等常規(guī)特點之外，還具有良好的方向性和極強的穿透能力，且易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離也較遠(yuǎn)等特點。超聲波的應(yīng)用非常廣，我們生活中的加濕器、倒車?yán)走_(dá)、電子驅(qū)蚊器、電動牙刷等產(chǎn)品，都是應(yīng)用了超聲波的相關(guān)特性來工作的，現(xiàn)在我們就來了解一下神通廣大的超聲波吧。

一、超聲波與倒車?yán)走_(dá)

隨著人們生活水平的提高，小汽車已經(jīng)進(jìn)入了千家萬戶。當(dāng)駕駛員倒車時，眼睛無法看到車輛后面的情形，非常不安全，這時倒車?yán)走_(dá)就成了駕駛員的“后視眼”。

倒車?yán)走_(dá)（如圖1所示）的全稱叫“倒車防撞雷達(dá)”， 它是由超聲波傳感器（俗稱探頭）、控制器和顯示器（或蜂鳴器）等部分組成。其基本的工作原理是由超聲波傳感器發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波遇到障礙物時就會發(fā)生反射，傳感器接收到反射波后，控制器就會利用發(fā)射波與反射波的時間差計算出障礙物與雷達(dá)發(fā)射器之間的距離，然后以聲音的形式告知駕駛員后方是否有障礙物，從而幫助駕駛員掃除在泊車、倒車和啟動車輛時存在的視野死角和視線模糊等問題，提高了駕駛的安全性。

二、超聲波與B超機

超聲波除了具有很好的方向性之外，還可以穿透物體。超聲波在穿透物體的過程中，如果碰到障礙就會產(chǎn)生回聲，遇到不同的障礙物就會產(chǎn)生不同的回聲。人們通過儀器將這些回聲收集并顯示在屏幕上，就可以用來了解物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

醫(yī)院檢查身體所用的B超機（如圖2所示）就是利用這種原理工作的。醫(yī)護人員通過B超機可獲得病人身體內(nèi)臟器官的各種清晰的切面圖像，這些圖像非常接近于解剖的真實結(jié)構(gòu)，通過比對能夠發(fā)現(xiàn)內(nèi)臟器官的病變。由于B超檢查的價格比較便宜，且無不良反應(yīng)，因此在臨床醫(yī)學(xué)上被廣泛使用。

三、超聲波與空氣加濕器

每當(dāng)秋冬季節(jié)，室內(nèi)空氣比較干燥，我們常常會用到空氣加濕器（如圖3所示）。常用的空氣加濕器就是利用了超聲波振動頻率高的特點，通過空氣加濕器中霧化片的高頻諧振，將水珠打散成5微米左右的微小漂浮顆粒，在風(fēng)機的作用或者自然狀態(tài)下遠(yuǎn)離水面，彌漫于整個房間內(nèi)，最終達(dá)到使空氣濕潤的效果。

現(xiàn)在的空氣加濕器功能越來越多，有些空氣加濕機還帶UV燈除菌功能、溫濕度自動控制功能、負(fù)離子功能等。在加濕霧化時釋放的大量負(fù)離子，可與空氣中飄浮的粉塵等顆粒產(chǎn)生靜電效應(yīng)，使其沉淀，因此，帶負(fù)離子功能的空氣加濕器在濕潤空氣的同時也能凈化空氣。

四、超聲波與聲吶儀

茫茫大海，煙波浩渺，水面波濤洶涌，水下暗礁林立。要想獲悉海底詳情，是一件十分困難的事情，即便是使用電磁波雷達(dá)也無濟于事。因為水是導(dǎo)體，電磁波在水中傳播的過程中會被大量吸收，很短距離內(nèi)就被吸收殆盡。因此，在陸地上被稱為“千里眼”的雷達(dá)，到了水中卻變成了“近視眼”。此時，超聲波儼然成了人類的好幫手。因為超聲波在水中有著無法比擬的優(yōu)勢，它不僅可以按照一定的方向直線傳播，而且可以傳到幾十千米、甚至幾千千米之外。應(yīng)用超聲波的這一優(yōu)點，科學(xué)家發(fā)明了聲吶儀（也叫超聲雷達(dá)）。現(xiàn)如今，聲吶儀被廣泛安裝在輪船、潛艇等船舶上，用來探測海底信息，漁民則利用聲吶儀追尋魚群的蹤跡（如圖4所示），增加捕魚量，而且可以在惡劣的天氣下用來導(dǎo)航。

五、超聲波與清洗機

超聲波與液體作用還可以產(chǎn)生小氣泡，小氣泡在破裂時釋放的能量如同“小刷子”一樣，有很強的去污作用。因此，工業(yè)上常用超聲波清洗機來清洗精密儀器，這是普通人工清洗方法難以辦到的。另外，飯店中也常用超聲波來清洗盤子、碗、筷子（如圖5所示）等。由于超聲波清洗機的清洗效率很高，且環(huán)保、無污染，給人們的生活提供了極大的便利。

其實，超聲波的用途還有很多，隨著人們對超聲波特性的進(jìn)一步了解和開發(fā)，超聲波也將給我們生活帶來更大的幫助。