超聲波的傳播形式和特點

超聲波的傳播形式和特點

超聲波和聲波一樣,是一種機械波, 由介質中的質點受到外力的作用而發生周期性振動產生的。超聲波在介質中傳播的波形取決于介質可以承受何種作用力以及如何對介質激發超聲波。通常有如下三種:縱波波型、橫波波型、表面波波型。縱波波型：當介質中質點振動方向與超聲波的傳播方向一致時，此超聲波為縱波波型。任何固體介質當其體積發生交替變化時均能產生縱波。橫波波型：當介質中質點的振動方向與超聲波的傳播方向相垂直時，此種超聲波為橫波波型。由于固體介質除了能承受體積不變形外，還能承受切變不變形，因此，當其有剪切力交替作用于固體介質時均能產生橫波。橫波只能在固體介質中傳播。表面波波型：沿著固體表面傳播的具有縱波和橫波的雙重性質的波稱表面波。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, 振動質點的軌跡為一橢圓，在距表面1/4波長深處振幅強，隨著深度的增加很快衰減，實際上離表面一個波長以上的地方，質點振動的振幅已經很微弱了。

超聲波在我們的日常生產生活中扮演著舉足輕重的角色和其本身的特點是離不開的，性質決定其用途，與普通聲波相比，超聲波具有許多優點，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，在一定距離內可沿著直線傳播，在遇到障礙物時會發生反射，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的能量，大功率的超聲波簡稱功率超聲。

（3）穿透能力強。超聲波在固體或者液體中時衰減很小，這也是其在水下探測及探傷方面取得重要應用的原因所在，介質吸收系數隨波的頻率增大而增大，超聲波的頻率增加時其穿透本領會下降，因此在不同的應用中，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，超聲波在遇到雜質或者介質分界面時會有明顯的反射，但其弱點在于超聲波在空氣中衰減較快，無法利用超聲波進行空中遠距離探測。

（4）能產生空化作用。超聲波在液體中傳播時,由于其本身是一種機械波,若液體受壓產生逐級壓,相對比較穩定，因此液體能耐壓，而承受拉力的能力卻很差，因此當超聲波的波濃度足夠大時，承受不住拉力而發生斷裂，導致其產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生放電并伴隨發光現象,此現象被稱作空化作用。也正是由于這些特點的存在，促使超聲波走進我們的生產生活之中，在國防、醫療，科技創新、農業等許多領域得到了重要的應用。