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超声波是一种频率高于20000赫兹的声波,它方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的声能,在水中传播距离远,可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。

定义

英文:.ultrasonic (waves);supersonic (waves)
超声波

超声波

科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率,它的单位是赫兹(Hz)。我们人类耳朵能听到的声波频率为20Hz~20000Hz。当声波的振动频率小于20Hz或大于 20000Hz时,我们便听不见了。因此,我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。通常用于医学诊断的超声波频率为1兆赫兹~30兆赫兹。
理论研究表明,在振幅相同的条件下,一个物体振动的能量与振动频率成正比,超声波在介质中传播时,介质质点振动的频率很高,因而能量很大.在中国北方干燥的冬季,如果把超声波通入水罐中,剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴,再用小风扇把雾滴吹入室内,就可以增加室内空气湿度,这就是超声波加湿器的原理。如咽喉炎、气管炎等疾病,很难利用血流使药物到达患病的部位,利用加湿器的原理,把药液雾化,让病人吸入,能够提高疗效。利用超声波巨大的能量还可以使人体内的结石做剧烈的受迫振动而破碎,从而减缓病痛,达到治愈的目的。超声波在医学方面应用非常广泛,可以对物品进行杀菌消毒。

产生

声波是物体机械振动状态(或能量)的传播形式。超声波是指振动频率大于20000Hz以上的,其每秒的振动次数(频率)甚高,超出了人耳听觉的一般上限(20000Hz),人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声和可闻声本质上是一致的,它们的共同点都是一种机械振动模式,通常以纵波的方式在弹性介质内会传播,是一种能量的传播形式,其不同点是超声波频率高,波长短,在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性,1兆Hz=10^6Hz,即每
超声波熔接器

超声波熔接器

秒振动100万次,可闻波的频率在16~20000HZ 之间)。
超声波在媒质中的反射、折射衍射散射等传播规律,与可听声波的规律没有本质上的区别。但是超声波的波长很短,只有几厘米,甚至千分之几毫米。与可听声波比较,超声波具有许多奇异特性:传播特性──超声波的波长很短,通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长大好多倍,因此超声波的衍射本领很差,它在均匀介质中能够定向直线传播,超声波的波长越短,该特性就越显著。功率特性──当声音在空气中传播时,推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。声波功率就是表示声波做功快慢的物理量。在相同强度下,声波的频率越高,它所具有的功率就越大。由于超声波频率很高,所以超声波与一般声波相比,它的功率是非常大的。空化作用──当超声波在介质的传播过程中,存在一个正负压强的交变周期,在正压相位时,超声波对介质分子挤压,改变介质原来的密度,使其增大;在负压相位时,使介质分子稀疏,进一步离散,介质密度减小,当用只够大振幅的超声波作用于液体介质时,介质分子间的平均距离会超过使液体介质保持不变的临界分子距离,液体介质就会发生断裂,形成微泡。这些小空洞迅速胀大和闭合,会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用,从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用,会使液体的温度骤然升高,起到了很好的搅拌作用,从而使两种不相溶的液体(如水和油)发生乳化,且加速溶质的溶解,加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用

主要参数

超声波的两个主要参数:
频率:F≥20KHz(在实际应用中因为效果相似,通常把F≥15KHz的声波也称为超声波);
功率密度:p=发射功率(W)/发射面积(cm2);通常p≥0.3w/cm2; 在液体中传播的超声波能对物体表面的污物进行清洗,其原理可用“空化”现象来解释:超声波振动在液体中传播的音波压强达到一个大气压时,其功率密度为0.35w/cm2,这时超声波的音波压强峰值就可达到真空或负压,但实际上无负压存在,因此在液体中产生一个很大的压力,将液体分子拉裂成空洞一空化核。此空洞非常接近真空,它在超声波压强反向达到最大时破裂,由于破裂而产生的强烈冲击将物体表面的污垢撞击下来。这种由无数细小的空化气泡破裂而产生的冲击波现象称为“空化”现象。太小的声强无法产生空化效应。

生理效应

机械效应

超声在介质中前进时所产生的效应。(超声在介质中传播是由反射而产生的机械效应)它可引起机体若干反应。超声振动可引起组织细胞内物质运动,由于超声的细微按摩,使细胞浆流动、细胞震荡、旋转、摩擦、从而产生细胞按摩的作用,也称为“内按摩”这是超声波治疗所独有的特性,可以改变细胞膜的通透性,刺激细胞半透膜的弥散过程,促进新陈代谢、加速血液和淋巴循环、改善细胞缺血缺氧状态,改善组织营养、改变蛋白合成率、提高再生机能等。使细胞内部结构发生变化,导致细胞的功能变化,使坚硬的结缔组织延伸,松软。
超声波的机械作用可软化组织,增强渗透,提高代谢,促进血液循环,刺激神经系统和细胞功能,因此具有超声波独特的治疗意义。

温热效应

人体组织对超声能量有比较大的吸收本领,因此当超声波在人体组织中传播过程中,其能量不断地被组织吸收而变成热量,其结果是组织的自己身体的温度升高。
产热过程既是机械能在介质中转变成热能的能量转换过程。即内生热。超声温热效应可增加血液循环,加速代谢,改善局部组织营养,增强酶活力。一般情况下,超声波的热作用以骨和结缔组织为显著,脂肪与血液为最少。

理化效应

超声的机械效应和温热效应均可促发若干物理化学变化。实践证明一些理化效应往往是上述效应的继发效应。TS-C型治疗机通过理化效应继发出下列五大作用:
弥散作用:超声波可以提高生物膜的通透性,超声波作用后,细胞膜对钾,钙离子的通透性发生较强的改变。从而增强生物膜弥散过程,促进物质交换,加速代谢,改善组织营养。
触变作用:超声作用下,可使凝胶转化为溶胶状态。对肌肉,肌腱的软化作用,以及对一些与组织缺水有关的病理改变。如类风湿性关节炎病变和关节、肌腱、韧带的退行性病变的治疗。
空化作用:空化形成,或保持稳定的单向振动,或继发膨胀以致崩溃,细胞功能改变,细胞内钙水平增高。成纤维细胞受激活,蛋白合成增加,血管通透性增加,血管形成加速,胶原张力增加。
聚合作用与解聚作用:水分子聚合是将多个相同或相似的分子合成一个较大的分子过程。大分子解聚,是将大分子的化学物变成小分子的过程。可使关节内增加水解酶和原酶活性增加。
消炎,修复细胞和分子:超声作用下,可使组织PH值向碱性方面发展。缓解炎症所伴有的局部酸中毒。超声可影响血流量,产生致炎症作用,抑制并起到抗炎作用。使白细胞移动,促进血管生成。胶原合成及成熟。促进或抑制损伤的修复和愈合过程。从而达到对受损细胞组织进行清理、激活、修复的过程。

作用

超声波清洗原理

清洗的超声波应用原理是由超声波发生器发出的高频振荡信号,通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质,
清洗溶剂中超声波在清洗液中疏密相间的向前辐射,使液体流动而产生数以万计的微小气泡,存在于液体中的微小气泡(空化核)在声场的作用下振动,当声压达到一定值时,气泡迅速增长,然后突然闭合,在气泡闭合时产生冲击波,在其周围产生上千个大气压力,破坏不溶性污物而使它们分散于清洗液中,当团体粒子被油污裹着而粘附在清洗件表面时,油被乳化,固体粒子即脱离,从而达到清洗件表面净化的目的。

医学

医学超声波检查的工作原理与声纳有一定的相似性,即将超声波发射到人体内,当它在体内遇到界面时会发生反射及折射,并且在人体组织中可能被吸收而衰减。因为人体各种组织的形态与结构是不相同的,因此其反射与折射以及吸收超声波的程度也就不同,医生们正是通过仪器所反映出的波型、曲线,或影象的特征来辨别它们。此外再结合解剖学知识、正常与病理的改变,便可诊断所检查的器官是否有病。
医生们应用的超声诊断方法有不同的形式,可分为A型、B型、M型及D型四大类。
A型:是以波形来显示组织特征的方法,主要用于测量器官的径线,以判定其大小。可用来鉴别病变组织的一些物理特性,如实质性、液体或是气体是否存在等。
B型:用平面图形的形式来显示被探查组织的具体情况。检查时,首先将人体界面的反射信号转变为强弱不同的光点,这些光点可通过荧光屏显现出来,这种方法直观性好,重复性强,可供前后对比,所以广泛用于妇产科、泌尿、消化及心血管等系统疾病的诊断。
M型:是用于观察活动界面时间变化的一种方法。最适用于检查心脏的活动情况,其曲线的动态改变称为超声心动图,可以用来观察心脏各层结构的位置、活动状态、结构的状况等,多用于辅助心脏及大血管疫病的诊断。
D型:是专门用来检测血液流动和器官活动的一种超声诊断方法,又称为多普勒超声诊断法。可确定血管是否通畅、管腔是否狭窄、闭塞以及病变部位。新一代的D型超声波还能定量地测定管腔内血液的流量。近几年来科学家又发展了彩色编码多普勒系统,可在超声心动图解剖标志的指示下,以不同颜色显示血流的方向,色泽的深浅代表血流的流速。现在还有立体超声显象、超声CT、超声内窥镜等超声技术不断涌现出来,并且还可以与其他检查仪器结合使用,使疾病的诊断准确率大大提高。超声波技术正在医学界发挥着巨大的作用,随着科学的进步,它将更加完善,将更好地造福于人类。

工业自动化控制

利用声波反射、衍射、多普勒效应,制造超声波物位计超声波液位计超声波流量计等。

超声学

研究超声波的产生、传播 、接收,以及各种超声效应和应用的声学分支叫超声学。产生超声波的装置有机械型超声发生器(例如气哨、汽笛和液哨等)、利用电磁感应和电磁作用原理制成的电动超声发生器、以及利用压电晶体的电致伸缩效应和铁磁物质的磁致伸缩效应制成的电声换能器等。
超声效应:当超声波在介质中传播时,由于超声波与介质的相互作用,使介质发生物理的和化学的变化,从而产生一系列力学的、热学的、电磁学的和化学的超声效应,包括以下4种效应:
①机械效应。超声波的机械作用可促成液体的乳化、凝胶的液化和固体的分散。当超声波流体介质中形成驻波时,悬浮在流体中的微小颗粒因受机械力的作用而凝聚在波节处,在空间形成周期性的堆积。超声波在压电材料磁致伸缩材料中传播时,由于超声波的机械作用而引起的感生电极化和感生磁化(见电介质物理学和磁致伸缩)。
②空化作用。超声波作用于液体时可产生大量小气泡。一个原因是液体内局部出现拉应力而形成负压,压强的降低使原来溶于液体的气体过饱和,而从液体逸出,成为小气泡。另一原因是强大的拉应力把液体“撕开”成一空洞,称为空化。空洞内为液体蒸气或溶于液体的另一种气体,甚至可能是真空。因空化作用形成的小气泡会随周围介质的振动而不断运动、长大或突然破灭。破灭时周围液体突然冲入气泡而产生高温、高压,同时产生激波。与空化作用相伴随的内摩擦可形成电荷,并在气泡内因放电而产生发光现象。在液体中进行超声处理的技术大多与空化作用有关。
热效应。由于超声波频率高,能量大,被介质吸收时能产生显著的热效应。
④化学效应。超声波的作用可促使发生或加速某些化学反应。例如纯的蒸馏水经超声处理后产生过氧化氢;溶有氮气的水经超声处理后产生亚硝酸;染料的水溶液经超声处理后会变色或退色。这些现象的发生总与空化作用相伴随。超声波还可加速许多化学物质的水解、分解和聚合过程。超声波对光化学和电化学过程也有明显影响。各种氨基酸和其他有机物质的水溶液经超声处理后,特征吸收光谱带消失而呈均匀的一般吸收,这表明空化作用使分子结构发生了改变。

超声应用

超声效应已广泛用于实际,主要有如下几方面:

超声检验

超声波的波长比一般声波要短,具有较好的方向性,而且能透过不透明物质,这一特性已被广泛用于超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声成像技术。超声成像是利用超声波呈现不透明物内部形象的技术。把从换能器发出的超声波经声透镜聚焦在不透明试样上,从试样透出的超声波携带了被照部位的信息(如对声波的反射、吸收和散射的能力),经声透镜汇聚在压电接收器上,所得电信号输入放大器,利用扫描系统可把不透明试样的形象显示在荧光屏上。上述装置称为超声显微镜。超声成像技术已在医疗检查方面获得普遍应用,在微电子器件制造业中用来对大规模集成电路进行检查,在材料科学中用来显示合金中不同组分的区域和晶粒间界等。声全息术是利用超声波的干涉原理记录和重现不透明物的立体图像的声成像技术,其原理与光波的全息术基本相同,只是记录手段不同而已(见全息术)。用同一超声信号源激励两个放置在液体中的换能器,它们分别发射两束相干的超声波:一束透过被研究的物体后成为物波,另一束作为参考波。物波和参考波在液面上相干叠加形成声全息图,用激光束照射声全息图,利用激光在声全息图上反射时产生的衍射效应而获得物的重现像,通常用摄像机和电视机作实时观察。

超声处理

利用超声的机械作用、空化作用、热效应和化学效应,可进行超声焊接、钻孔、固体的粉碎、乳化 、脱气、除尘、去锅垢、清洗、灭菌、促进化学反应和进行生物学研究等,在工矿业、农业、医疗等各个部门获得了广泛应用。

基础研究

超声波作用于介质后,在介质中产生声弛豫过程,声弛豫过程伴随着能量在分子各自电度间的输运过程,并在宏观上表现出对声波的吸收(见声波)。通过物质对超声的吸收规律可探索物质的特性和结构,这方面的研究构成了分子声学这一声学分支。普通声波的波长远大于固体中的原子间距,在此条件下固体可当作连续介质。但对频率在1012赫以上的 特超声波 ,波长可与固体中的原子间距相比拟,此时必须把固体当作是具有空间周期性的点阵结构。点阵振动的能量是量子化的 ,称为声子(见固体物理学)。特超声对固体的作用可归结为特超声与热声子、电子、光子和各种准粒子的相互作用。对固体中特超声的产生、检测和传播规律的研究,以及量子液体——液态氦中声现象的研究构成了近代声学的新领域。
声波是属于声音的类别之一,属于机械波,声波是指人耳能感受到的一种纵波,其频率范围为16Hz-20KHz。当声波的频率低于20Hz时就叫做次声波,高于20KHz则称为超声波声波。
超声波是声波大家族中的一员。
声波是物体机械振动状态(或能量)的传播形式。所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动。比如,鼓面经敲击后,它就上下振动,这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播,这便是声波。
超声波是指振动频率大于20KHz以上的,人在自然环境下无法听到和感受到的声波。
超声波治疗的概念:
超声治疗学是超声医学的重要组成部分。超声治疗时将超声波能量作用于人体病变部位,以达到治疗疾患和促进机体康复的目的。
在全球,超声波广泛运用于诊断学、治疗学、工程学、生物学等领域。赛福瑞家用超声治疗机属于超声波治疗学的运用范畴。
(一)工程学方面的应用:水下定位与通讯、地下资源勘查等。
(二)生物学方面的应用:剪切大分子、生物工程及处理种子等。
(三)诊断学方面的应用:A型、B型、M型、D型、双功及彩超等。
(四)治疗学方面的应用:理疗、治癌、外科、体外碎石、牙科等。

超声除螨

科研人员发现,螨虫的听觉神经系统很脆弱,对特定频率的超声非常敏感,针对螨虫的这种生理特性,目前已有科技公司的研究人员开发出了超声波除螨仪。这种新型的除螨产品采用现代微电子技术手段,直接用特殊频率的超声作用于螨虫的听觉神经系统,使其生理系统紊乱,烦躁不安,食欲不振,最终奄奄一息逐渐死亡。   采用这种原理的除螨产品不用添加任何化学药剂,无毒无二次污染,对人体和家中宠物都没有伤害,是目前比较理想的除螨产品。

超声除油

将黏附有油污的制件放在除油液中,并使除油过程处于一定频率的超声波场作用下的除油过程,称为超声波除油。引入超声波可以强化除油过程、缩短除油时间、提高除油质量、降低化学药品的消耗量。尤其对复杂外形零件、小型精密零件、表面有难除污物的零件及绝缘材料制成的零件有显著的除油效果,可以省去费时的手工劳动,防止零件的损伤。
超声波除油的效果与零件的形状、尺寸、表面油污性质、溶液成分、零件的放置位置等有关,因此,最佳的超声波除油工艺要通过试验确定。超声波除油所用的频率一般为30kHz左右。零件小时,采用高一些的频率;零件大时,采用较低的频率。超声波是直线传播的,难以达到被遮蔽的部分,因此应该使零件在除油槽内旋转或翻动,以使其表面上各个部位都能得到超声波的辐照,受到较好的除油效果。另外超声波除油溶液的浓度和温度要比相应的化学除油和电化学除油低,以免影响超声波的传播,也可减少金属材料表面的腐蚀。

特点

(一)超声波在传播时,方向性强,能量易于集中。
(二)超声波能在各种不同媒质中传播,且可传播足够远的距离。
(三)超声波与传声媒质的相互作用适中,易于携带有关传声媒质状态的信息诊断或对传声媒质产生效用及治疗。
超声波是一种波动形式,它可以作为探测与负载信息的载体或媒介如B超等用作诊断;超声波同时又是一种能量形式,当其强度超过一定值时,它就可以通过与传播超声波的媒质的相互作用,去影响,改变以致破坏后者的状态,性质及结构用作治疗。

发展史

国际方面

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;
1939年发表了有关超声波治疗取得临床效果的文献报道。
40年代末期超声治疗在欧美兴起,直到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

国内方面

国内在超声治疗领域起步稍晚,于20世纪50年代初才只有少数医院开展超声治疗工作,从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。公开的文献报道始见于1957年。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。
40多年来,全国各大医院已积累了相当数量的资料和比较丰富的临床经验。特别是20世纪80年代初出现的超声体外机械波碎石术和超声外科,是结石症治疗史上的重大突破。如今已在国际范围内推广应用。高强度聚焦超声无创外科,已使超声治疗在当代医疗技术中占据重要位置。而在21世纪(HIFU)超声聚焦外科已被誉为是21世纪治疗肿瘤的最新技术。
超声波治病机理:
超声波还可以进行雷达探测.清洗较为精细的物品,如钟表,可以利用超声波来击碎病人体内胆结石,还可以利用超声波测距.
超声波检测还用于电阻焊的焊点强度的检测。
人耳可以听见的波动,其频率约在20Hz到20KHz之间,如果“波动”的频率高于此范围,则人类则无法听见,特称之为超音波。所谓“波动”即为物质中的粒子受外力作用时所产生的机械性振汤,例如将悬挂於弹簧下方的物体向下拉使弹簧伸长,然后将物体放开,则该物体受弹簧力的作用,产生一上下往复性的振动,其偏离静止位置的移动与时间的关系,即为正弦波。
超声波依其波传送方向的波动方式可分为纵波,横波,表面波,蓝姆波四种。其在料件中之传送,根据能量不灭定律,音波在一种物质中传送,或由一种物质传入另一种物质时,由于受到衰减,反射及折射的作用,其能量必然愈来愈弱;但是在材料密度较大的部分,音压却会增大〈但因音阻抗亦变大,能量仍是减少〉,反之在疏松的部分,其音量变大。

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4.超声波对酒的醇化—催陈技术
一瓶美酒以它的酒味醇厚,绵软柔和、芳香浓郁为人青睐,人们常用陈年老酒来形容酒的珍贵,一瓶上世纪的陈酒,标价几万元,其价格的含义在于时间的存放上。酒的主要控制因素是化学变化即酸的形成,并进一步酯化,酯参与乙醇和水的缔合。刚出厂的酒含有戍醇,有辛辣味,这种气味要经过很长时间才能化解,这个缓慢变化称酒的醇化。用功率1.6KW,频率17.5~22KHZ的超声波处理5~10min,可使酒的老熟时间缩短1/3到1/2。

超声波清洗

技术特点

超声波清洗是基於空化作用,即在清洗液中无数气泡快速形成并迅速内爆。由此产生的冲击将浸没在清洗液中的工件内外表面的污物剥落下来。随着超声频率的提高,气泡数量增加而爆破冲击力减弱,因此,高频超声特别适用於小颗粒污垢的清洗而不破环其工件表面。
空化作用:空化作用就是超声波以每秒两万次以上的压缩力和减压力交互性的高频变换方式向液体进行透射。在减压力作用时,液体中产生真空核群泡的现象,在压缩力作用时,真空核群泡受压力压碎时产生强大的冲击力,由此剥离被清洗物表面的污垢,从而达到精密洗净目的。
超声波清洗方式超过一般以的常规清洗方法,特别是工件的表面比较复杂,象一些表面凹凸不平,有盲孔的机械零部件,一些特别小而对清洁度有较高要求的产品如:钟表和精密机械的零件,电子元器件,电路板组件等,使用超声波清洗都能达到很理想的效果。超声清洗的原理是由超声波发生器发出的高频振荡信号,通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质—清洗溶剂中,超声波在清洗液中疏密相同的向前辐射,使液体流动而产生数以万计的微小气泡。这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长,而在正压区迅速闭合。在这种被称为“空化”效应的过程中,气泡闭合可形成超过1000大气压的瞬间高压,连续不断地产生瞬间高压就象一连串小“爆炸”不断地冲击物件表面,使物件的表面及缝隙中的污垢迅速剥落,从而达到物件表面净化的目的。
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由于超声波清洗速度快、质量好,又能大大降低环境污染,因此,超声波清洗技术正在越来越多的工业部门中得到应用。在专业化、集团化的生产企业中,己逐渐用超声波清洗机取代了传统的浸洗、刷洗、压力冲洗、振动清洗和蒸气清洗等工艺方法,超声波清洗机的高效率和高清洁度,得益于其声波在介质中传播时产生的穿透性和空化冲击疚,所以很容易将带有复杂外形,内腔和细空的零部件清洗干净,对一般的除油、防锈、磷化等工艺过程,在超声波作用下只需两三分钟即可完成,其速度比传统方法可提高几倍,甚至几十倍,清洁度也能达到高标准,这在许多对产品表面质量和生产率要求较高的场合,更突出显示了用其他处理方法难以达到或不可取代的结果。

作用机理

超声波清洗的作用机理主要有以下几个方面:因空化泡破灭时产生强大的冲击波,污垢层的一部分在冲击波作用下被剥离下来、分散、乳化、脱落。因为空化现象产生的气泡,由冲击形成的污垢层与表层间的间隙和空隙渗透,由于这种小气泡和声压同步膨胀,收缩,象剥皮一样的物理力反复作用于污垢层,污垢层一层层被剥离,气泡继续向里渗透,直到污垢层被完全剥离。这是空化二次效应。超声波清洗中清洗液超声振动对污垢的冲击。超声加速化学清洗剂(RT-808超声波清洗剂)对污垢的溶解过程,化学力与物理力相结合,加速清洗过程。

适用行业

医疗行业:医疗器械的清洗、消毒、杀菌、实验器皿的清洗等。
半导体行业:半导体晶片的高清洁度清洗。
光学行业:光学器件的除油、除汗、清灰等。
石油化工行业:金属滤网的清洗疏通、化工容器、交换器的清洗等。
电子行业:电子行业是超声波清洗应用最早,最为普及的行业。
电子零件如半导体管的壳座、IC的壳座、晶体的壳座、继电器的壳座、电子管座等;电子元器件如IC芯片、电阻、晶体、半导体、原膜电路等。电子元器件的基体是由半导体材料制成并封装在金属或塑料壳座中形成的,在封装前,不但对壳座必须清洗,而且也必须对基体进行清洗,
PCB组件焊接采用的助焊剂分为水溶型、松香型和免清洗型三类,使用较多的为前两种,多采用超声波清洗(也有不少是采用酒精刷洗),免清洗型原则上应该不清洗,但大多数厂家即使采用免清洗型焊剂焊接组件,仍需要清洗。特别是高密度PCB以及高密度IC出脚不清洗或不采用超声波清洗,必将导致高密度线路之间和IC出脚之间吸附尘埃,一旦环境湿度大,极易发生高密度线间和脚间短路而出现故障,而一旦环境干燥,短路故障又自行消失,这类故障又不易查找。所以世界各国的电子整机厂均坚持对PCB板作超声波清洗。
接插件、连接件、转接器等器件的生产中,电镀和组装前也必须清洗,否则吸附在这些组装零件上的灰尘、油污必将影响其导电和绝缘性能,特别是一些复杂的多芯连接器尤其如此。
电子材料加工成型后的清洗:如晶片、硅片、压电陶瓷片等电子材料是供给元器件厂家的产品,其产品出厂前必须清洗。
机电行业:机电行业中,从机械零件到机械部件,从电器零件到电器部件都有清洗的要求,如齿轮、曲轴乃至齿轮箱,又如电器零件上机械和电器的组合件,还有一些精密机械零件和电器零件,都需要清洗,大多数企业采用的是传统的清洗方法,诸如浸润清洗、喷淋清洗。这种清洗方法不但劳动强度大,而且易造成环境污染和水资源浪费。部分企业在技术改造够采用超声波清洗以消除传统清洗的弊端,特别是一些形状复杂的机械零件。
制药工业:超声波清洗技术经过众多制药企业的应用而得到广泛使用,特别是对西林瓶、口服液瓶、安瓶、大输液瓶的清洗以及对丁基胶塞、天然胶塞的清洗。对于瓶类的清洗,是用超声波清洗技术代替原有的毛刷机,它经过翻转注水、超声清洗、内外冲洗、空气吹干、翻转等流程而实现的。
轻纺行业:轻工行业,如空调、冷柜、冰箱中的压缩机;钟表零件、手表元件等;纺织行业,如精密纺织器材、喷丝嘴等;珠宝行业,如金银首饰、珠宝玉器等,都需要清洗,有些零件、部件和组件,如压缩机、喷丝嘴等或形状复杂,或盲孔、微孔,只能由超声波清洗,有些规模生产厂甚至采用超声波链式或升降式成套设备。
表面处理行业:表面处理是轻工行业的组成部分,包含机械零件电镀、金属和非金属机箱柜涂覆、光学玻璃或镜片镀膜等,电镀前后或涂覆前的清洗采用超声波清洗技术已成为一种新的典型工艺,特别是军工电子产品中的一些多芯插座,因质量要求必须进行电镀,而电镀后其质量要求多芯之间必须绝缘,往往因电镀后致使多芯间不绝缘,采用丙酮、酒精等方法浸润清洗后测试其阻值要求无穷大,但达不到质量要求,而采用超声波清洗,经烘干后,则完全达到质量要求。将超声波直接引入电镀还可提高镀液的匀度和镀层的密度。
铁路段修领域:中国铁道部《三机检修规程》以及铁路系统的一些段修技术规程都涉及到清洗。超声波清洗在铁路系统的应用较为普遍,但用于对列车空调机组、柴油发动机组、机车散热器等大型设备的不拆御清洗则是一个崭新的课题。中国检修客车的车辆段,采用超声波清洗设备对列车空调的不拆御清洗实为首创之举。其劳动强度的减低、清洗质量的提高、环境保护成本的降低、文明生产、现场管理水平的提升,均开创了一个新的局面,但目前的普及水平很低。
军事装备领域:军事装备包括光、机、电类装备或光、机、电一体化装备,军事装备在储备状态下,储存于军事仓库,这些装备在储备、训练、演习状态均会受到尘埃、污垢的吸附、污染,特别是一些复杂的兵器装备靠人工擦拭保养,难度较大,使用超声波清洗可以较为容易清洁军事装备。
电镀、喷涂前工艺应用:产品喷涂前处理工艺,一般的传统工艺使用酸液对工件进行处理,对环境污染较重,工作环境较差,同时结构复杂零件酸洗除锈后的残酸很难冲洗干净。工件喷涂后,时间不长,沿着夹缝出现锈蚀现象,破坏涂层表面,严重影响产品外观和内在质量。超声波清洗技术应用到涂装前处理后,不仅能使物体表面和缝隙中的污垢迅速剥落,而且涂装件喷涂层牢固不会返锈。
利用超声波在液体中产生的空化效应,可以清洗掉工件表面沾附的油污,配合适当的清洗剂,可以迅速地对工件表面实现高清洁度的处理。
电镀工艺,对工件表面清洁度要求较高,而超声波清洗技术是能达到此要求的理想技术。利用超声波清洗技术,可以替代溶剂清洗油污;可以替代电解除油;可以替代强酸浸蚀去除碳钢及低合金钢表面的铁锈及氧化皮。
其他:感光材料制造、造纸、某些食品领域的液体消泡(去除溶解的空气)。

应用举例

珠宝行:项链、耳环、手镯、钱币、剃须刀头、钟表、笔尖、钱币、徽章、五金零件。
眼镜行:眼镜、镜片、玻璃、 隐型眼镜附件等。
其它:假牙、打印机墨头、证章、餐具、超声波清洗剂。

工艺介绍

1.抛光件表面抛光膏的清洗:一般情况下,抛光膏常常采用石蜡调合,石蜡分子量大,熔点较高,常温下呈固态,是较难清洗的物质,传统的办法是采用有机溶剂清洗或高温碱水煮洗有许多弊病。采用超声波清洗则可使用水基清洗剂,在中温条件下,几分钟内将工件表面彻底清洗干净,常用工艺流程是:①浸泡→②超声波清洗→③清水(净水)漂洗。
2.表面有油及少量锈的冷轧钢板:冷轧钢板表面一般有油、污或少量铁锈,要洗干净比较容易,但经一般方法清洗后,工件表面仍残留一层非常细薄的浮灰,影响后续加工质量,有时不得不再采用强酸浸泡的办法去除这层浮灰。而采用超声波清洗并加入适当的清洗液,可方便快捷地实现工件表面彻底清洁,并使工件表面具有较高的活性,有时甚至可以免去电镀前酸浸活化工序。
3.表面有氧化皮和黄锈的工件:传统的办法是采用盐酸或硫酸浸泡清洗。如采用超声波综合处理技术,可以快捷地在几分钟内同时去除工件表面的油、锈、并避免了因强酸清洗伴随产生的氢脆问题。

超声波焊接

塑料焊接

1.熔接法:超声波振动随焊头将超声波传导至焊件,由于两焊件处声阻大,因此产生局部高温,使焊件交界面熔化。在一定压力下,使两焊件达到美观、快速、坚固的熔接效果。
2.埋植(插)法:螺母或其它金属欲插入塑料工件。首先将超声波传至金属,经高速振动,使金属物直接埋入成型塑胶内,同时将塑胶熔化,其固化后完成埋插。
3.铆接法:欲将金属和塑料或两块性质不同的塑料接合起来,可利用超声波铆接法,使焊件不易脆化、美观、坚固。
4.点焊法:利用小型焊头将两件大型塑料制品分点焊接,或整排齿状的焊头直接压于两件塑料工件上,从而达到点焊的效果。
5.成型法:利用超声波将塑料工件瞬间熔化成型,当塑料凝固时可使金属或其它材质的塑料牢固。
6.切除法:利用焊头及底座的特别设计方式,当塑料工件刚射出时,直接压于塑料的枝干上,通过超声波传导达到切除的效果。

金属焊接

按国际通行的用途,超声波金属焊有四大系列:点焊、滚焊、封切、线束,广泛应用于:汽车、制冷、太阳能、电池、电子等各个领域。
超声波金属焊接适用产品:
A.动力电池多层正、负极焊接;镍氢电池镍网与镍片焊接
B.锂电池、聚合物电池铜箔与镍片焊接;铝箔与铝片焊接;铝片与镍片焊接
C.汽车线束;电线头成型;电线互焊;多条电线互焊成线结;铜、铝线转换
D.电线、电缆与名种电子元件、接点、连接器、端子焊接
E.太阳能电池、平板太阳能吸热板、铝塑复合管滚焊,铜、铝板拼接
F.电磁开关、无熔丝开关等大电流接点、触点、异种金属片的焊接
G.冰箱、空调等行业铜管封尾;真空器件铜、铝管封切可水、气密

超声波美容

1、软坚去脂治暗疮:
暗疮的形态有多种,较常见的有化脓性和粉刺性,但有种暗疮体形较大,红肿坚硬,碰之很痛,处理不当往往易形成坚硬瘢结。遇到此类患者,初期最好不要刺破挤压,应用超声波美容机加暗疮消炎膏,轻轻在疮表面按摩,每个疮体按摩1分钟左右,几个连在一起的可整片按摩,超声波能冲击淋巴结,加速积压的血液和淋巴液循环消散,炎性细胞在超声波的作用下改变形状,加上超声波将消炎药物导入,肿形暗疮的充血现象得以改善,皮上硬结逐渐软化。
2、消除暗疮愈后瘢痕(结节)
暗疮生长期间,不少患者因挤压过度,发炎时处理不当,将微细血管弄破,血液渗出皮肤,呈现出一个个“红印”,也有些人用消炎药力过强的药膏,刺激皮肤色 素沉着,愈后留下“咖啡色印”,而超声波能渗透皮肤,不但能溶解渗透皮肤干涸了的血液,同时能加强血液循环及新陈代谢,活化细胞,加速吸收,使色印更快褪去。 暗疮化脓若经挤压或局部组织损坏过度,局部组织细胞经细菌感染死亡后,无法正常代谢及血管破裂渗出的污血未 作适当处理而凝固,造成愈后结节硬块,此种结节硬块,一般若搽瘢痕膏或涂瘢痕油,最快也要15-45天才能逐渐软化和色素淡化,若以超声波配合相应药物, 愈后会情况良好。
3、清除皮肤异常色素:
脸部皮肤色素异常,是最常见也是最碍皮肤美容的问题之一。形成的原因有多种,如使用不适宜之化妆品或较长时间搽刺激性药品、蚊虫咬伤、曝晒、烫伤等原因引发的不正常高色素症,还包括美容师常说的黄褐斑、子宫斑、蝴蝶斑等。
美容医师常用“磨砂、漂白、护肤”去处理,结果不仅不理想,而且往往会适得其反,令色素愈来愈深,服药物亦难有显著效果,而应用超声波配合祛斑精华素和大剂量维生素C,见效快,能彻底清除异常色素。治疗时要详细分析长斑的原因、斑的属类,凡找不到原因的斑或基本定型不再长的斑,应用超声波治疗,并配合中药面膜或服用对症之中药,效果会更好。
4、分化色素除皮下斑:
皮肤科医生和 美容师常会发现有的人面部长斑,除颜色之外,也有深浅之分,有些仅在表皮,有些却在皮下,如黑斑或色素沉积,如急功近利对患者施以冷冻、电灼、磨皮、换肤等方法,到头来可能弄巧成拙,若伤了真皮而造成永久性瘢痕,患者会遗恨终生,用超声波美容机配合能分化斑细胞的药物进行外部治疗,其效果是立竿见影的。
5、防止皮肤老化干燥、防皱除皱、去瘀散血:
真皮中透明质酸含量减少,会使皮肤 与水的结合能力衰退,细胞内含水量降低造成肌肤干燥,30岁以后易产生明显皱纹,时下女性通常借助营养和活性蛋白胶原霜或抗皱霜搽局部皮肤来缓和老化,但 由于细胞吸收有限且深层组织代谢停滞,因此效果不佳,如果以超声波配合胎盘素、抗皱霜或维生素E油等营养霜作短期密集性按摩,除供给皮肤高营养、胶原蛋白 和保湿性因子外,还可活化刺激深层细胞,使深层细胞大量吸收营养,以减缓老化和干燥,并促进新细胞活化而达到肌肤光泽改善的目的。
皱纹是衰老的象征,应用超声波美容机加上优质的抗皱霜,将抗皱霜里的药物生育酚迅速渗透,能加强代谢和抗衰老,预防小皱纹形成,由于运用超声波的机械按摩作用,一方面调节了皮下细胞通过细胞膜的变化而重新排列作用,另一方面又加强了血液循环和代谢功能,使缺水缺养分的皮肤得到补充,因此小皱纹日渐消失。
6、减轻眼袋和消除黑眼圈:
超声波按摩作用能有效地加速血液和淋巴循环,增强代谢功能;加上热能作用,更能溶解脂肪,加速皮下吸收,使过多积聚的水份和脂肪消散,眼袋便随之消失,静脉血液循环加快,瘀血减少,血液流通正常,蓝色不再明显,黑眼圈也就没有了。做这种治疗时,就必须采用超声波美容机的小声头,配合营养霜、眼霜或精华素,顺着皮肤纹理的方向按摩,每次每个眼袋5分钟,力度要小,动作要轻柔,小心勿使药物进入眼睛,声头不能对准眼球主向,以免影响眼睛的眼压和含水量
7、软化瘢痕,淡化色素:
有些人的体质会因轻或重的外伤、烫伤、烧伤或暗疮感染后引起良性结缔组织的新生物。此种瘢痕的形成并非伤口愈后立即产生,而是愈后l-2个月左右瘢痕增生期后出现。
初期皮肤出现潮红和少数毛细血管扩张,此为瘢痕时期。如未给予适当治疗,则红肿日益显著,扩张的毛细血管也渐增多,水肿突出,显著高出皮面,继以纤维化,触之非常坚实,如在关节部位会产生僵硬及功能障碍,如为面部,则可能产生颜面伤残或口歪眼斜之严重性后遗症。
此类瘢痕疙瘩若为局部性或小面积,则可用超声波配合田七霜或瘢痕软化剂以稍加重力连续间隔2-3天按摩一次,连续2-3个疗程,可逐渐使瘢痕软化、变平,并可淡化色素。
8、做按摩,改善皮质:
面部皮肤的素质,严格来说,每个人都不相同,普通分类为油性、干性、混合性、敏感性。天生皮肤白嫩细腻,得天独厚的人不少,但更多的人因各种各样不同因素刺激影响,会造成很多皮肤问题,如长斑、长疮,形成皱纹等,此类皮质的变化,若能及早预防,当然可以避免或减少发生,即使出现了问题,能及时得到适当的 处理,皮肤问题能尽快消除,同时皮肤素质也能得到改善或恢复。常在皮肤保养方面应用超声波,能使皮质变细变嫩、去脂、提高抗病力,确是一种优异的美容保健方法。
中国超声波清洗机设备厂家目前主要集中在广东的广州、深圳、东莞,江苏的苏州、常州杭州等。

超声波特性

1) 超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。
2) 超声波可传递很强的能量。
3) 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。

研究情况

2014年1月,弗吉尼亚理工大学加里兰研究所的科学家的一项新发现表明,将超声波直接作用于脑部特定区域,能增强人们对触觉的分辨能力。这项发现第一次证明了低强度、经颅聚焦超声波能调节人类脑活动,提高觉察能力。相关论文在线发表于《自然·神经科学》上。
研究人员对处理手部感觉的脑皮层区发送了聚焦超声波。为了刺激中间神经(沿手臂下来通过腕骨通道的一条神经),他们在志愿者手腕放了一个小电极,并用脑电图(EEG)记录其脑部反应。然后在刺激神经之前,瞄准相应脑区开始发送超声波。结果发现,超声波能降低EEG信号,削弱脑波对编码触觉刺激的反应。
研究人员随后进行了两项传统神经学测试:两点辨别和频率辨别。前者检查志愿者能否区分接触皮肤的两个相邻物体是在不同的两个点;后者检测志愿者对一串气流频率的敏感性。实验显示,在辨别靠近物体、连续气流频率的微小差异方面,接受超声波的志愿者的觉察能力明显提高。当研究小组将超声波束从原来位置移动了一厘米时,这种影响消失了。
研究人员认为,聚焦超声波在它瞄准的脑区部位,改变了处理感觉刺激时兴奋与抑制的平衡,这种改变阻止了刺激兴奋的扩展,使得觉知功能增强。这一发现带来了一种调节人脑活动的非入侵式新方法,而且空间分辨率超过现有任何方法。基于相关的研究结果,研究人员认为,超声波比目前的经颅磁刺激和经颅直流电刺激的空间分辨率更高。
超声波为精确掌握神经回路活动提供了技术和理论证明,有助于开发神经退行性紊乱病症的潜在疗法,也为探索正常人脑功能,理解认知、决策与思维带来了强有力的新工具。