第一次世界大戰(zhàn)期間，超聲波技術發(fā)展出現(xiàn)轉(zhuǎn)機

　　造福人類的超聲波

　　■龔詩尹 趙富豪

朗之萬在實驗室。資料圖片

　　超聲波廣泛存在于自然界中，是聲波的一部分，然而人類卻感受不到超聲波的存在。這是因為，人類耳朵的感知范圍在20~20000HZ以內(nèi)，超聲波的震動頻率卻在20000HZ以上。

　　早在19世紀末20世紀初，科學家在研究電、聲信號轉(zhuǎn)換時，就已經(jīng)掌握超聲波的制備技術了。

　　那時候，法國人皮埃爾和杰克斯兄弟倆發(fā)現(xiàn)了壓電效應與反壓電效用，發(fā)現(xiàn)利用石英、酒石酸等壓電性材料可以產(chǎn)生超聲波。但在隨后的30多年里，超聲波并沒有受到重視，更談不上后續(xù)的研究、開發(fā)和實際應用。

　　超聲波技術發(fā)展的轉(zhuǎn)機，出現(xiàn)在第一次世界大戰(zhàn)期間。

　　當時，德國在戰(zhàn)術上使出了“無限制潛艇戰(zhàn)”這種殺手锏。一次，德軍一艘U型潛艇僅僅花了75分鐘，就連續(xù)擊沉了協(xié)約國的3艘裝甲巡洋艦，造成了重大損失，而那艘潛艇連影子都找不到。

　　協(xié)約國立即投入大量的人力和物力，開展針對德國U型潛艇搜尋方法的研究，然而磁學、光學、熱學的各種方法都試過了，始終勞而無功。

　　就在這緊要的歷史關頭，一位科學家站了出來。他想到了塵封已久的超聲波技術，這個人就是法國著名物理學家朗之萬。

　　這位從巴黎工人家庭走出來的物理天才，在第一次世界大戰(zhàn)全面打響后，就投入到反潛作戰(zhàn)的相關研究中。他另辟蹊徑大膽啟用超聲波技術，以超聲波去探測潛艇并以其回音進行定位。最終，在俄國年輕的電氣工程師希洛夫斯基的配合下，他設計出一種帶有靜電型發(fā)射器和碳粒微音器的裝置。多次實驗后，他們于1916年接收到了海底的回波信號，以及200米外一塊裝甲板的回波信號。

　　在這以后，朗之萬重點研究石英的壓電效應，并成功研制出了石英鋼夾心型的超聲換能器。這種換能器產(chǎn)生的超聲波不僅工作頻率高，而且具有較強的方向性。就這樣，1918年，朗之萬第一次成功接收到了水下潛艇的回波，而且探測距離長達1500米。朗之萬研究出用超聲波偵測潛艇的新技術，可以算是超聲波最早的實際應用。

　　繼朗之萬開局之后，超聲波技術的大門被徐徐打開：1929年，蘇聯(lián)的索科洛夫率先提出用超聲波探查金屬物體內(nèi)部缺陷的構(gòu)想，在幾年后他制成了這種設備;1931年科學家默哈色對超聲波探查固體內(nèi)部裂痕進行研究并申請相關專利;1940年美國的費爾斯通發(fā)明了超聲回波示波器，把示波技術引入超聲設備中……

　　現(xiàn)如今，超聲波技術在工業(yè)、醫(yī)學、環(huán)保等多個領域得到廣泛應用并蓬勃發(fā)展。

　　在工業(yè)領域，超聲波焊接技術可以用于各種材料的焊接;超聲波清洗技術可以用于清洗精密儀器零部件;超聲波萃取技術可以用于提取植物中的有效成分。

　　在醫(yī)學領域，超聲波被廣泛應用于對人體器官活動情況的檢查，具有成像快和安全可靠的特點。比如，B超、彩超等已經(jīng)成為臨床常用的診斷手段。

　　在環(huán)保領域，超聲波被用于水質(zhì)監(jiān)測和廢物處理。研究表明，超聲波可以分解掉地下水中的有毒物質(zhì)，幫助改善水質(zhì)狀況。

　　超聲波技術的發(fā)展歷史是一個充滿探索和創(chuàng)新的過程，聽不到的超聲波，正在“無聲”地影響著人們的生活。未來，隨著科技的不斷進步，超聲波技術的潛力將會被進一步挖掘，為人類帶來更多的驚喜和便利。