遠距教學 1998

遠距教學1998 題目：淺談超音波超音波？什麼是超音波超音波的特性及其應用超音波之產生與測量超音波測距應用實例解說超音波的未來義守大學電子系李彥杰

超音波？什麼是超音波 • 以頻率來區分，聲波之頻率在20Hz至20000Hz之間。 (Demo 20-20K) • 超音波是一種頻率高於人耳可聽到聲音頻率的聲音。 (Demo 40K) • 聲波是一種壓力波，聲波是一種縱波，除空氣外聲波可以在其他氣體、液體與固體中傳播。

超音波的特性 • 超音波是一種能量，因為其頻率在人耳可接受範圍之上，因此在使用時不會對人造成困擾。 • 超音波之產生與測量都很容易，且要產生單一而頻率純淨的超音波很容易，因此應用上非常方便。

超音波的應用 • 超音波的應用依據能量的大小可分為大能量動力應用與小能量量測通信應用。 • 例一：超音波洗淨，利用超音波能量分離油汙或殺死細菌，可用於精密機械、餐具、醫療器具之清潔。 • 例二：超音波熔接，接觸面滑動發出高熱而使塑膠、金屬等物質融合在一起。

超音波的應用（續） • 例三：超音波聚焦對癌細胞加熱以治療癌症。 • 例四：超音波洗牙機，利用超音波之震動去除牙結石。 • 例五：超音波驅鼠蟲器，利用反復變化的超音波，直接刺激老鼠與蟲類的聽覺神經,使其痛苦、恐懼、食慾不振, 繁殖能力降低,而逃離該超音波放射區域。

超音波的應用（續） 超音波塑膠熔接機超音波洗淨機

超音波的應用（續） 超音波驅蟲鼠器超音波細胞破壞裝置

超音波的應用（續） • 例六：聲納，水中脈衝反射訊號成像後可用來進行魚群、潛水艇探知。 • 例七：超音波斷層掃描，原理同上，是醫學上普遍使用的一種成像診斷方式。 • 例八：超音波探傷，原理同上，用來以非壞性方法，檢測固體結構之損傷。 • 例九：超音波顯微鏡，用來檢測活細胞之密度構造。 • 例十：液面高度計、電動門、防盜器、超音波測距、超音波震動量測等。

超音波的應用（續） 超音波斷層掃描裝置三個月大嬰兒影像（Ultrasound）

超音波之產生與測量 • 超音波的發生：使用一種類似磁器材料的PZT質作成薄膜，在兩側加上交流電壓，此薄膜會依其特定厚度而發出某一特定頻率的振動，若產生音波頻率高於聲音的震動即是產生超音波此種因電壓加諸於薄膜而產生振動，我們稱之為『壓電反應』。

超音波之產生與測量（續） • 此振動體若加以外來超音波振動，也會產生電壓。所以振動體可同時為超音波的『發信體』和接受外部超音波的『受信體』。所謂超音波診斷裝置，即是一種轉換器(transition)，超音波檢查時手持的探頭(probe)前端，即裝此振動體，交替行使『發信』、『受信』功能。（Demo)

超音波測距應用實例解說 • 音速的理論公式說明部份 • c：音速（m/s） • R：氣體常數8314.48（J/kmolK） • T：溫度（K） • ：Cp/Cv=1.4005 • M：空氣分子量28.95（kg/kmol）

超音波測距應用實例解說（續） • 使用一脈衝式的超音波訊號作為發射波，計算發射脈衝從發射器發射，到接收器接收到發射脈衝所花的時間，依據音速值便可以計算出距離。 (Demo)

超音波測距應用實例解說（續） 事實上環境溫度、氣流、超音波換能器特性等因素均影響到飛行時間差式超音波測距法的實際量測結果，不過反過來說這也表示超音波可以用來測量溫度、空氣流動等數據。

超音波的未來 • 超音波在醫學上的應用充滿了光明的前途，超音波式目前唯一一種不具傷害性的透視方法。 • 高頻率高解析度技術的突破，使得超音波量測結果大幅改進。 • 換能器技術之提升以及數位訊號處理技術之成熟使量測結果令人滿意。 • 國內外各研究單位的投入使研究成果豐碩，各種民生產品在未來會日益普遍。

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