正文 超聲發生器與超聲接收器(1 / 2)

觀看馬戲團的動物表演,最吸引人的莫過於“小狗算算術”了。在一個大黑板上,馴獸員寫上一個算式,不管是加減還是乘除,隻要答案不超過10,小狗都能用叫聲給出正確的答案,令觀眾感歎不已。不知內情的人,以為小狗真的會算算術,其實大謬不然。這裏麵有個小小的秘密。

原來,狗有兩隻特殊靈敏的耳朵。它除了可以聽見“可聽聲”外,還能聽見3.8萬赫的超聲。據此,馴獸員利用暗藏的小型超聲發生器,隻要發出某一超聲信號,經過訓練的小狗,就能按照信號發出一定數目的叫聲來。由於觀眾無法聽見這種超聲信號,所以就感到十分驚奇了。

超聲發生器是人工產生超聲的裝置。最早的超聲發生器是由英國人伽爾頓在1883年發明的。因它工作原理類似體育裁判使用的哨笛,所以叫“伽爾頓哨”。吹哨笛時,快速的氣流衝擊哨笛內腔的尖形邊緣,便會發出聲音來。哨笛的內腔越小,發出的聲音頻率越高。如果哨笛的內腔小到一定程度,發出的聲音就會成為超聲。伽爾頓哨就是根據這個原理製成的。伽爾頓哨用來產生超聲的氣流可以靠嘴去吹,也可以用空氣壓縮機產生的壓縮空氣。伽爾頓哨的功率很低,最早用來馴狗,現在多用在洗滌機之類的小型機械上,做清潔物體上汙點之用。

為了獲得較大功率的超聲,20世紀以來,人們又在極力尋找產生超聲的新的途徑。在這時候,人們想起了揚聲器。無論收音機、擴音機還是錄音機,工作時它的揚聲器都有聲音傳出來,這聲音是由電子放大器放大的電流轉化來的。如果把普通的揚聲器在結構上做一些改變,不是可以讓它產生出超聲來嗎?實踐的結果表明,這條路是可行的。不過,利用揚聲器做超聲發生器,產生的超聲頻率隻有3萬至5萬赫,頻率再增加,它的工作效率就會顯著降低,因此使用價值不大。

但是,用揚聲器來產生超聲,給了人們一個啟示:可以把電流轉化為超聲。問題是要獲得頻率高、功率大的超聲,必須要找到合適的電聲轉換器件,也就是“換能器”才行。經過廣大科技人員多年不斷的研究,現在世界上已經出現了兩種應用廣泛的“換能器”:電致伸縮換能器和磁致伸縮換能器。

電致伸縮換能器,是利用所謂的“逆壓電效應”的原理製成的。很早人們就發現,石英一類的晶體薄片,如果在它的兩麵施加作用力,它就會發生變形,同時兩麵產生不同的電荷:施加壓力,晶片伸長而變薄,上麵產生正電荷,下麵產生負電荷。施加拉力,晶片縮短、變厚,上麵產生負電荷,下麵產生正電荷。這種現象就叫壓電效應。如果反過來,通過電源在晶片上下兩麵加上不同的電荷,它就會變厚或變薄,這就是逆壓電效應,或叫電致伸縮現象。根據電致伸縮現象,把電流方向不斷變化的交流電,加在石英晶片上,晶片就會忽而變厚忽而變薄地振動起來。隻要交流電的頻率高於2萬赫,晶片就能產生超聲出來。利用電致伸縮換能器,可以產生幾百萬赫高功率的超聲。