神通广大的 超声波

张圣军 倪学利

同学们知道超声波吗？超声波是声音的一种，但我们却听不到它，这是因为其频率（指声源在1秒的时间里振动的次数）非常高，大于20 000赫兹，超出了人耳听觉范围（人耳的听觉范围是20～20 000赫兹）。超声波除了具有声音的反射（也称回声）、传递信息等常规特点之外，还具有良好的方向性和极强的穿透能力，且易于获得较集中的声能，在水中传播距离也较远等特点。超声波的应用非常广，我们生活中的加湿器、倒车雷达、电子驱蚊器、电动牙刷等产品，都是应用了超声波的相关特性来工作的，现在我们就来了解一下神通广大的超声波吧。

一、超声波与倒车雷达

随着人们生活水平的提高，小汽车已经进入了千家万户。当驾驶员倒车时，眼睛无法看到车辆后面的情形，非常不安全，这时倒车雷达就成了驾驶员的“后视眼”。

倒车雷达（如图1所示）的全称叫“倒车防撞雷达”， 它是由超声波传感器（俗称探头）、控制器和显示器（或蜂鸣器）等部分组成。其基本的工作原理是由超声波传感器发射超声波，当超声波遇到障碍物时就会发生反射，传感器接收到反射波后，控制器就会利用发射波与反射波的时间差计算出障碍物与雷达发射器之间的距离，然后以声音的形式告知驾驶员后方是否有障碍物，从而帮助驾驶员扫除在泊车、倒车和启动车辆时存在的视野死角和视线模糊等问题，提高了驾驶的安全性。

二、超声波与B超机

超声波除了具有很好的方向性之外，还可以穿透物体。超声波在穿透物体的过程中，如果碰到障碍就会产生回声，遇到不同的障碍物就会产生不同的回声。人们通过仪器将这些回声收集并显示在屏幕上，就可以用来了解物体的内部结构。

医院检查身体所用的B超机（如图2所示）就是利用这种原理工作的。医护人员通过B超机可获得病人身体内脏器官的各种清晰的切面图像，这些图像非常接近于解剖的真实结构，通过比对能够发现内脏器官的病变。由于B超检查的价格比较便宜，且无不良反应，因此在临床医学上被广泛使用。

三、超声波与空气加湿器

每当秋冬季节，室内空气比较干燥，我们常常会用到空气加湿器（如图3所示）。常用的空气加湿器就是利用了超声波振动频率高的特点，通过空气加湿器中雾化片的高频谐振，将水珠打散成5微米左右的微小漂浮颗粒，在风机的作用或者自然状态下远离水面，弥漫于整个房间内，最终达到使空气湿润的效果。

现在的空气加湿器功能越来越多，有些空气加湿机还带UV灯除菌功能、温湿度自动控制功能、负离子功能等。在加湿雾化时释放的大量负离子，可与空气中飘浮的粉尘等颗粒产生静电效应，使其沉淀，因此，带负离子功能的空气加湿器在湿润空气的同时也能净化空气。

四、超声波与声呐仪

茫茫大海，烟波浩渺，水面波涛汹涌，水下暗礁林立。要想获悉海底详情，是一件十分困难的事情，即便是使用电磁波雷达也无济于事。因为水是导体，电磁波在水中传播的过程中会被大量吸收，很短距离内就被吸收殆尽。因此，在陆地上被称为“千里眼”的雷达，到了水中却变成了“近视眼”。此时，超声波俨然成了人类的好帮手。因为超声波在水中有着无法比拟的优势，它不仅可以按照一定的方向直线传播，而且可以传到几十千米、甚至几千千米之外。应用超声波的这一优点，科学家发明了声呐仪（也叫超声雷达）。现如今，声呐仪被广泛安装在轮船、潜艇等船舶上，用来探测海底信息，渔民则利用声呐仪追寻鱼群的踪迹（如图4所示），增加捕鱼量，而且可以在恶劣的天气下用来导航。

五、超声波与清洗机

超声波与液体作用还可以产生小气泡，小气泡在破裂时释放的能量如同“小刷子”一样，有很强的去污作用。因此，工业上常用超声波清洗机来清洗精密仪器，这是普通人工清洗方法难以办到的。另外，饭店中也常用超声波来清洗盤子、碗、筷子（如图5所示）等。由于超声波清洗机的清洗效率很高，且环保、无污染，给人们的生活提供了极大的便利。

其实，超声波的用途还有很多，随着人们对超声波特性的进一步了解和开发，超声波也将给我们生活带来更大的帮助。