超聲學出現(xiàn)于二十世紀初，是聲學中比較活躍的一個分支。它以經(jīng)典聲學理論為基礎，同時不斷結合材料學、電子學、數(shù)字信號處理技術、雷達、流體物理、以及計算技術等其它領域的成就，逐步發(fā)展成為一門綜合性高技術學科。超聲學已滲透到國防建設、國民經(jīng)濟、人民生活及科學技術等各個領域。超聲學的研究，可以歸類于如下幾個主要方向：超聲波發(fā)生器的設計，超聲換能器的設計，超聲效應的研究，超聲應用開發(fā)。本文將從這幾個方面討論當前國內(nèi)超聲技術的一些新進展。
1 超聲波發(fā)生器的設計
1.1 超聲波發(fā)生器的理論分析與實現(xiàn)
超聲波發(fā)生器又稱為超聲電源，是超聲設備的重要組成部分，它的主要作用是將工頻交流電信號轉換為超聲頻電振蕩信號，擔負著向超聲換能器提供電能的任務，其技術水平?jīng)Q定了超聲設備的質量。為了使超聲換能器可靠有效地工作，超聲發(fā)生器不但要向其提供足夠的功率，而且要求提供的電能與換能器的諧振頻率一致。大部分超聲系統(tǒng)的結構框圖如圖1所示。
圖1超聲系統(tǒng)框圖
（1）電流方案：根據(jù)換能器諧振時諧振阻抗最小、回路電流最大的原理，改變超聲電源的頻率，將換能器設定在電流最大時的工作狀態(tài)。
（2）功率方案：根據(jù)換能器諧振時電功率最大，反射功率最小的原理，將換能器兩端采樣得到的電壓和電流信號相乘，得到最大功率信號，搜索出最大功率點，即為諧振頻率點。
1.2 特殊應用的超聲波發(fā)生器
基于超聲掃描顯微鏡的特殊應用需求，設計了一種分離式超聲波發(fā)射接收系統(tǒng)，可將脈沖發(fā)射接收單元置于換能器附近，縮短了信號傳輸線，減少了線纜反射，減少了噪聲拾取和干擾信號進入超聲波信號的機會。
2 超聲換能器的設計
超聲換能器是電能與機械能轉換的功能器件，其主要作用是在超聲頻率范圍內(nèi)將高頻的電振蕩信號轉換成機械振動或者將聲信號轉換為電信號。根據(jù)其電聲轉換原理的不同，換能器可分為磁致伸縮式和壓電式兩種。目前功率超聲中應用最廣的是能量轉換效率更高的壓電換能器，尤其是夾心式縱向壓電換能器。另外，由于功率超聲換能器大部分工作在低頻超聲范圍，因此對換能器的功率、效率以及振動位移的要求較高，而對于其他性能參數(shù)，如靈敏度、指向性以及分辨率等參數(shù)的要求則不是很嚴格。
3 超聲效應的研究
超聲波可以分為檢測超聲波和功率超聲波兩大類。超聲波本質上是一種在彈性介質中傳播的機械波，檢測超聲是指能量低于1W/cm2、而頻率高于100kHz的超聲波，該類超聲波主要應用于無損檢測和理化特性的診斷方面。超聲波又是一種能量形式，會局域改變傳播介質的性質和狀態(tài)，引起如力學效應、熱學效應、化學效應、聲空化效應和聲流效應等多種效應，功率超聲通常指能量高于1W/cm2、頻率低于100kHz的超聲波，在機械、冶金、材料、化工、食品、醫(yī)藥、紡織及節(jié)能環(huán)保等許多重要領域都得到廣泛的應用。超聲波效應總體上可以分為聲學效應類、力學效應類以及力-聲聯(lián)合效應類三大類。
4 超聲應用開發(fā)
在超聲波的應用領域，利用超聲空化進行超聲清洗是其最為廣泛的應用之一。2001年8月日本三洋電機宣布開發(fā)出了超聲波洗衣機，但是二十余年來超聲波洗衣機的消費者認可度并不高。為了讓超聲波實現(xiàn)家用洗衣的功能，獨立地提出了一種新型的超聲波洗衣機，從結構、清洗原理上與傳統(tǒng)洗衣機相比都有明顯的區(qū)別，且都嘗試將洗滌、熨燙、干燥功能集為一體。應用極大值方法，通過實驗測試得到了超聲波在紙張和布料兩種介質中的能量衰減規(guī)律，并分析了超聲波在介質中傳播能量損失的原因，這也是超聲波清洗進入家用的有益嘗試。
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