管材超声波清洗机的基本原理超声波的基本原理

　　管材超声波清洗机的基本原理超声波是声波的一部分，是人耳听不见、频率高于20KHZ的声波，它和声波有共同之处，即都是由物质振动而产生的，并且只能在介质中传播；同时，它也广泛地存在于自然界，许多动物都能发射和接收超声波，其中以蝙蝠最为突出，它能利用微弱的超声回波在黑暗中飞行并捕捉食物。但超声还有它的特殊性质'如具有较高的频率与较短的波长，所以，它也与波长很短的光波有相似之处。

　　1管材超声波清洗机的基本原理超声波的特性

　　超声波是弹性机械振动波，它与可听声相比还有一些特点:传播的方向较强，可聚集成定向狭小的线束；在传播介质质点振动的加速度非常之大；在液体介质中当超声强度达到一定值后便会发生空化现象。

　　一、管材超声波清洗机的基本原理束射特性

　　从声源发出的声波向某一方向（其他方向甚弱）定向地传播，称之为束射。超声波由于它的波长较短，当它通过小孔（大于波长的孔）时，会呈现出集中的一束射线向一定方向前进。又由于超声方向性强，所以可定向采集信息。同样当超声波传播的方向上有一障碍物的直径大于波长时，便会在障碍物后产生“声影”。这些犹如光线通过小孔和障碍物一样，所以超声波具有和光波相似的束射特性。

　　超声波的束射性的好坏，一般用发散角的大小来衡量（习惯上

　　用半发射角臼表示）。以平面圆形活塞式声源为例，其大小决定

　　于声源的宜径(D)和声波的波长()。即

　　由上述公式看出，要使发声体发射出方向性有较好的超声波，必须使角尽量小，发射体（声源）的直痉D必须很大或发射的频率f也必须很高才能得到，否则将适得其反。由于超声波的波长要比可听声的波长短，所以它就比可听声波有较好的束射特性，频率愈高的超声波，波长愈短，这种向一定方向传播的特性就愈显著。

　　如下图所示

　　二、管材超声波清洗机的基本原理吸收特征

　　超声波在各种介质传播时，随着传播距离的增加，超声强度会渐渐减弱，能量逐渐消耗，这种能量被介质吸收掉的特性，称之为声吸收。1845年斯托克斯(Stoke。G．G．)发现:当声波通过液体，因液体质点相对运动而产生的内摩擦（即粘滞作用）导致声吸收，因而导出了由介质的内摩擦或粘性引起的液体中声吸收公式，吸收系数等于

　　式中是介质的粘滞系数。

　　还有，当声波在液体介质中传播时，压缩区的温度将高于平均温度；相反，稀疏区的温度低于平均温度，因此，由于热传导使声波

　　的压缩和稀疏部分之间进行热交换，从而引起声波能量的减少1868年基尔霍夫(KirchhoffG.)导出了由热传导引起的声吸收公式，吸收系数为

　　式中K是介质的热传导系数，r是比热比，Cp是定压热容量。由此可见，总声吸收系数为

　　由此看出，吸收系数a与声波频率的平方成正比，当频率增加10倍，则吸收系数就增大100倍。即频率愈高，吸收愈大，因而声波传播的距离愈小。在气体中，1920年爱因斯坦提出了由声频散来确定缔合气体的反应率，从而促进了对气体分子热弛豫吸收机制延伸到液体的研究，得出了由于介质中的分子相互之间的碰撞引起分子热弛豫吸收。所以低频声波在空气中可以传播很远距离，而高频声波在空气中很快的衰减了。

　　在固体中，声吸收在很大程度上取决于固体的实际结构。

　　由以上看出引起不同介质对声吸收的原因很多，但主要原因是介质的粘滞性、热传导、介质的实际结构及介质的微观动力学过程中引起的弛豫效应等，这些介质中的声吸收都随着声的频率而变化。超声波是高频率的声波，在同一介质中传播时，随着频率的增大，被介质吸收的能量就愈大。例如频率为105Hz的超声波在空气中被吸收的能量比频率为104Hz的声波大100倍；对同一频率的超声波因传播的介质不同。如在气体、液体、固体中传播时，其吸收分别为最厉害、较弱、最小。所以超声波在空气中传播距离最短。

　　超声波在均匀介质中传播时，由于介质的吸收，而影响声强度随距离的增加而减弱，这就是声波衰减。

　　当超声波起始强度为J0，经过x米距离后，其强度为

　　Jx=Joe-2ax“’

　　式中a为吸收系数（衰减系数）。

　　由上可得在各种介质中声波的吸收系数，