超声波原理及其应用小论文

超声波原理及其应用

摘要：

介绍超声波产生与传播及其原理，比简单介绍了在操作过程中涉及的知识点，通过对自己的动手操作过程反思与总结，希望对后来做实验的同学对这个实验有所帮助与启发，更好的完成这个实验。

关键词：

超声波产生原理 发展及其应用 经验与总结

专题简介：

什么是超声波

超声波是指频率在所谓超声波，是指人耳听不见的声波。正常人的听觉可以听到20赫兹（Hz ）-20千赫兹（kHz ）的声波，低于20赫兹的声波称为次声波或亚声波，超过20千赫兹的声波称为超声波[4]。超声波是声波大家族中的一员，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，通常以纵波的方式在弹性介质内传播，是一种能量和动量的传播形式，其不同点是超声频率高，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。 发展及应用：

42. 4⨯10早在1830年，F ·Savart 曾用齿轮，第一次产生HZ 的超声，1876

年F ·Galton 用气哨产生3⨯10Hz 的超声。1912年4月10日，泰坦尼克号触冰山沉没，引起科学界注意，希望可以探测到水下的冰山。直到第一次世界大战中，德国大量使用潜艇，击沉了协约国大量舰船，探测潜艇的任务又提到科学家的面前[1]。当时的科学家郎之万和他的朋友利用当时已出现的功率很大的放大器和石英压电晶体结合起来，能向水下发射几十千赫兹的超声波，成功的将超声波应用到实际中。

现在，超声波测试把超声波作为一种信息载体，它已在海洋探测与开发、无损检测、医学诊断等领域发挥着不可取代的独特作用。例如：在海洋应用中，超声波可以用来探测鱼群和冰山，可以用于潜艇导航或传送信息、地形地貌测绘和4

地质勘探等。在检测中，利用超声波检测固体材料内部缺陷、材料尺寸测量、物理参数侧量等。在医学中，可以利用超声波进行人体内部器官的组织结构扫描和血流速度的测量等。

专题内容：

超声波的产生：

压电效应：某些固体物质，在压力（或拉力）的作用下产生形变，从而使物质本身极化，在物体相对的表面出现正、负束缚电荷，这一效应称为压电效应。

其物理机理如图1-1所示。通常具有压电效应的物质同时也具有逆压电效应，即当对施加电压后会发生变形。超声波探头利用逆压电效应产生超声波，而利用压电效应接收超声波。

石英晶体结构 拉力作用下的极化 晶体的宏观极化

图1-1 石英晶体的压电效应

超声波波型及换能器种类通常有如下三种：

纵波波型：当介质中质点振动方向与超声波的传播方向一致时，此超声波为纵波

波型。任何固体介质当其体积发生交替变化时均能产生纵波。

横波波型：当介质中质点的振动方向与超声波垂直时，此种超声波为横波波型。

由于固体介质除了能承受体积变形外，还能够承受切变变形。当其中

剪切力交替作用于固体介质时均能产生横波。横波只能在固体介质中

传播。

表面波波型：是沿着固体表面传播的具有纵波和横波的双重性质的波。表面波可

以看成是由平行于表面的纵波和垂直于横波的横波合成，振动质点的

轨迹为一椭圆，在距表面1/4波长深处振幅最强，随着深度的增加很快率减，实际上离表面一个波长以上的地方，质点振动的振幅已经很

微弱了。

常用的超声波探头有直探头和斜探头两种。探头通过保护膜或斜楔向外发射超声波；吸收背衬的作用是吸收晶片向背面发射的声波，以减少杂波；匹配电感的作用是调整脉冲波的波形。一般，直探头产生纵波，斜探头产生横波或表面波。另一种可变角探头，如图1-4所示。其中探头芯可以旋转，通过改变探头的入射角θ，得到不同折射角的斜探头。当θ =0时成为直探头。

注意事项：

1， 开始实验前应先调整好超声波实验仪与示波器，时产生的超声波频率适合，产生的图形清晰易于观察。

2， 应注意读取时间间隔时应左右移动相应探头，按要求使其振幅达到要求的最大或最大振幅的一半在进行读数。

3，

4， 应多次测量取其平均值，减小误差。 数据处理代入公式时应注意单位之间的转换。

实验中涉及的部分重要公式：

t =2t 1-t 2 C l =2L 2(R 2-R 1) -1L -L A -L ) L 0=R 2-L 1 C s = βs =tg (B H t 1-t 0't 2-t 1

αs C s i n αs i n αL s i n -1x 2-x 1-1C θ=2tg α1=sin () α2=s i n () ==2H C L C s C C L C s -1

H c =C l ⋅t -t 0

2 βs =tg -1(L B -L A -L ) H

结语：

超声波原理及其应用实验是一个要求认真细心的实验，我们做的三个小实验安排很合理，按着由浅入深的顺序，先是入门，让我们接触与熟悉它，慢慢的便深入要求更严格了，尤其是第三次试验，操作要求精确，数据测量多，所以需要前两次要好好练习打好基础，并且第三次前好好预习才能不会在做实验时手忙脚乱，总的来说对我这此实验做得好是很满意，每次都是前三个做好实验。所以我建议以后的同学在在做这个实验时，一定第一次和第二次试验好好做，打好基础，非常熟悉一起的使用，并且左前好好用心预习，只有这样才会缺的一个让老师和自己都满意的结果。

参考文献：

[1] 应崇福, 查济璇. 超声和它的众多应用[M]. 长沙:湖南教育出版社, 1994

[2] 范百刚. 超声原理与应用[M]. 南京: 江苏科学技术出版社, 1984

2010年11月21日

背景技术

现有技术中，有一种电于驱虫器，

其电源电路的两端设置有电磁脉

冲发生电路，该电磁脉冲发生电路

含有微电脑控制电路、载波脉冲转

换电路，微电脑控制电路将控制信

号传递给载波脉冲转换电路，该脉

冲载波转换单元电路含有双向可

控硅、电容、电感线圈，微电脑控

制电路的输出端接双向可控硅的

控制极，双向可控硅的一端接电

源，另一端接在电容和电感线圈之

间，当可控硅在微电脑控制电路的

输出信号的作用下开关动作，使电

容和电感之间形成震荡回路，发出

特定波长范围的电磁波，刺激虫、

鼠的神经系统，使其感觉不适，而

逃离电磁波所在区域。用这种方式

驱虫驱鼠，其不足之处在于：因为

工作方式相对单一，所以驱虫、鼠

的效果不够良好。---忠诚驱鼠器、忠诚超声波电子驱鼠器编辑

驱虫、驱鼠器内容

本驱虫、驱鼠器的目的是提供一种电子驱虫、驱鼠器，使其不仅可以发出变频脉冲电磁波驱鼠、驱虫，而且还能够发出复合变频超声波驱鼠、驱虫。

本驱虫、驱鼠器的目的是这样实现的：一种电子驱虫、驱鼠器，含有设置在电源电路两端的电磁脉冲发生电路，所述电源电路两端还设置有超声波发生电路，所述超声波发生电路含有自傲振荡单元电路，选频稳频单元电路，稳压单元电路，脉冲载波转换单元电路和用于发出超声波的执行单元电路，自傲振荡单元电路传递控制信号给选颁稳频单元电路，选频稳频单

元电路输出信号传递给稳压单元电路的输入端，稳压单元电路的输出信号传递给脉冲载波转换电路，脉冲载波转换单元电路的输出信号传递给执行单元电路发出变频超声波。

本驱虫、驱鼠器在现有变频电磁脉冲驱虫器的基础上增加了复合变频超声波发生电路以发出变频超声波，这种超声波信号人耳听不到，而老鼠和昆虫可以听到，该强烈的噪音可使虫、鼠烦躁不安，而逃离声源所在区域：

该变频超声波和脉冲电磁波共同作用，使驱虫驱鼠效果更好，而且对环境无污染，对人体无不良影响。适合在家庭，办公室、宾馆等场所使用。

附图说明---

图1为超声波发生电路枢图。

图2为本驱虫、驱鼠器的一种电路结构示意图。

图3为本驱虫、驱鼠器的又一种电路结构示意图。

具体实施方式

如图l 、2，一种电子驱虫、驱鼠器，含有设置在电源电路E 两端的电磁脉冲发生电路G ，所述电源电路E 两端还设置有超声波发生电路，所述超声波发生电路含有自激振荡单元电路A ，选频稳频单元电路B ，稳压单元电路C ，脉冲载波转换单元电路D 和用于发出超声波的执行单元电路F ，自傲振荡单元电路A 传递控制信号终选频稳频单元电路B ，选频稳频单元电路B 输出信号传递给稳压单元电路C 的输入端，稳压单元电路C 的输出信号传递给脉冲载波转换电路D ，脉冲载波转换单元电路D 的输出信号传递给执行单元电路F 发出变频超声波。 电源电路E 由变压器、桥式整流电路和滤波稳压电路组成，变压器的输出端接桥式整流电路的输入端，桥式整流电路的输出端接滤波稳压电路。

自激振荡单元电路A 由集成电路ICI ，电容CI ，电阻RI 、RZ 、R3。R4、 URI组成，集成电路 ICI采用 CA31 40运算放大器，滤波稳压电路的输出端接集成电路CA3140的电源引脚7上，电阻R4和 URI串联接在ICI 的引脚 2、 6之间，电容 CI接在引脚 2、 4之间， ICI的引脚 4、 6、 7与引脚3之间分别接有电阻R2、R3、R1，引脚2、3为震荡源输入端。 选频稳频单元电路 B由集成电路 IC2．二极管 DI、 D2． D3、 D4．DS 和电阻 URZ、 LJR3、 UR 、 URS组成，集成电路 ICZ采用 CD4017，其引脚 l、 2、 3、 4、 7、 10分别为 YS、 YI 、 YO、 Y3、 YZ、 Y4输出瑞，DZ 和 URZ串朕连接在ICZ 引脚2和选频稳频单元电路输出端的电极点之间， DZ正极接引脚2； DI和 UR3相串联连接在 ICZ引脚3和选频稳频单元电路输出端的电极点之间， DI正极接引脚 3； D3和 ［］R4相串朕连接在ICZ 引脚4和选频稳频单元电路输出端的电极点之间，I ＞3正极接引脚4；D4与URS 串联连接在ICZ 引脚7和选频稳频单元电路输出端的电极点之间， D4正极接引脚 7 DS 接引脚 10；输入端引脚 14接 CA31 40的输出端引脚6，电源引脚16接电源，引脚8接地；引脚l 与复位端引脚15连接。

稳压电路 C田 NE555集成电路，电容 CZ、 C3，电阻 RS、 R6等组成，电容C3． CZ一端分别与控制引脚5、阈值引脚6连接，电容瞩、CZ 的另一端与接地引脚1连接，电阻RS 设置在放电端引脚7与选频稳频单元电路输出端的电极点之间，电阻R6连接在引脚6和 7之间；电源端引脚8连接电源电路输出端，复位端引脚4与引脚8相连接。

载波脉冲转换电路 D由集成电路 IC3构成，该集成电路采用 CD40 13，其电源引脚14接电源电路的输出瑞，其引脚今年7． 8、10相连接并接地，引脚11接NE555的输出引脚3，引脚9和引脚12相连接，引脚2和5相连接。

执行单元电路F 包括执行元件和对称设置的两功率放大电路，执行元件为扬声器，扬声器连

接在两功率放大电路的输出端之间，两功率放大电路的两输入端分别接 CD4013的两输出引脚 12、 13，功率放大电路的电源端接通电源电路。

工作时，电源电路给各功能电路供电，电磁脉冲电路同现有技术中已有的电子驱虫器中的电磁脉冲电路相同，发出电磁脉冲，刺激虫、鼠的神经，使其产生不适而逃离；超声波发生电路中的自激振荡单元电路在振荡源作用下将输出信号传递给 CD40 17的输入引脚 14，使 DI－DS 顺序导通，输出脉冲信号，该信号经稳压电路处理后，再经 CD40 13推动，然后经执行单元电路中的放大电路放大，再从扬声器发出变频超声波，使虫。鼠烦躁不安，而逃离声源所在区

域。

本驱虫、驱鼠器也可以如图3所

示，即上述电路中的电源电路也可

以采用简易电源所取代，此外，当

其输出功率较小的时候，也可以取

消执行单元电路中的功率放大电

路，而将执行元件扬声器直接接在

CD40 13的两输出瑞引脚12和门

之间