超音波

 by:網路

1 何謂超音波:

• 人的耳朵可以聽得的到稱為「聽音」，約為「20~20KHz」，頻率高於此音波則稱為超音波。但在工程技術上的定義不一樣，凡是利用音波的特性來傳遞信息or處理相關的物質時，全都稱為超音波。
  目前常被使用的超音波頻率範圍為數KHz ~ MHz，可依功能及使用特性，來決定使用的頻率為何。
  
  超音波清洗機的示意圖如下所示:
  

振盪子把高週波電力，轉變成機械振動的能量，給負載供給振動功率。機械振動頻率常因負載的變動、振動系統的溫度變化等原因，要適當的偵測其最佳的變化，將其回饋到振盪系統，自動將振盪頻率調整為最佳效率振動，此即為「頻率自動追踪型主機」。
在功率輸出switch電路中，使用高功率的功率晶體(一般使用BJT、MOSFET、IGBT)，晶體在工作時，會產生大量的熱能，所以除了良好的散熱器之外，還需要晶體溫度保護，以確保機械使用壽命。

2 超音波清洗:

超音波的應用於清洗的原理主要有三:

1.空洞現象: 
一般發生在較低頻的週波上。超音波振動對液體瞬間造成「增壓」及「減壓」，反覆的動作會產生幾近真實的空洞，取入溶於液體的氣體成為氣泡，稱為空洞現象。該氣泡被大力壓縮消滅時，會以強大的衝擊波直接破碎附著於被洗淨物的固體性污物。此為超音波洗淨力的根源。洗淨液通常是溫度愈高時，洗淨效果愈好，所以洗淨槽的液溫度高於常溫。洗淨液接近沸點時，會產生大量氣泡，會使超音波力量衰減。

2.百萬赫: 
超音波頻率輸出約為800KHz以上，一般用來清洗高精密的產品，如晶片洗淨、TFT玻璃洗淨…等。百萬赫帶的超音波有下示特色:

• 可除去亞微米粒子。
• 不發生空洞，不會傷及被洗淨物。
• 波長短、無駐波影響，可得均勻的洗淨效果。

3.駐波:
超音波洗淨的另一個特性--駐波，如圖所示，超音波從槽底面沿垂直方向傳到液面，入射波與反射波重合，形成不行進的音波，此稱駐波。在駐波產生的位置約為液面起λ/4之奇數倍，其洗淨力最大，最適合洗淨的位置，要得到工作全面性洗淨效果，需要將工件擺動or使用掃頻功能的超音波產生器。

 

3 超音波霧化

液體中的超音波振動力量、音的放射壓、週波數(頻率)增高，音壓以指向性集中，可以將水面往上推形成液柱。液柱最上方的表面液體受到大能量的影響，相互衝撞、拉斷液體的表面張力，使液體微粒子化，飛散於空中，此即為霧化的原理。一般應用在加濕器、呼吸器官疾病治療(藥液霧化)、精油揮發機等。

 

4 超音波馬達

利用約20KHz以上高頻率機械振動的摩擦驅動式馬達。可分為線形馬達及旋轉形馬達。其有電氣機械變換效率高、扭力大特、位移量可精密控制等優點，其缺點為轉速慢、單價高。目前有很多學者在研究其相關特性及應用範圍，每年都有不同的論文產生。

5 超音波萃取

原理

當超音波在萃取液中傳播時，利用超音波高速震盪、疏密有秩的特性，超音波振動對液體瞬間造成「增壓」及「減壓」，推動介質，產生空穴效應(cavitation)。當萃取液中無數細小的真空氣泡爆裂時，產生瞬間高溫及強大衝擊力，以致於可以將萃取物之成份分離，而達到萃取的效果。 

 

萃取功能

超音波促進萃取提供一個改良傳統溶劑萃取的缺點，減少處理時間和溶劑使用量並得到高產率。主要功能在低溫下操作，以減少溫度所造成的熱損失，亦可避免低沸點物質揮發及保持生物的活性物質。由於超音波頻率高時，波長短，穿透力強，因此能使萃取液達到充分混合接觸，增加萃取效果。

 

細緻化功能

超音波在細緻化過程，所產生的分子可在短時間內使Hz數值之分子團變小，Hz數值越低，分子連結數小、鏈結短，其分子因越小，滲透性、溶解度、含氧量提高，可利於人體吸收、利用、幫助體養份吸收，加速新陳代謝。

 

                                               

 

應用

採用超音波低溫水萃方法，能保持生物的活性物質，讓人體更容易吸收。隨著醫藥技術的成熟發達，人們更熱衷從天然物中開發新的中草藥製劑及提煉出新的藥物，應用高效能、高能量的超音波萃取技術，可從多種中草藥、有機植物…等，萃取出包括各種生物鹼、多醣類、蛋白質、葉綠素等具有生物活性的物質，多應用於中草藥化妝品、漢方保養品、草本植物精華等保健養生食品、醫學製藥、生物科技。

 

近年來，大眾對於養生的重視需求下，注重中草藥、健康食品的保健和抗癌新藥的尋求，漸進式的捨棄傳統水萃或蒸煮法方式而改用超音波低溫水萃法，以達到在低溫條件下，用最短時間及最經濟的操作得到最佳的產品回收率，超音波低溫水萃法將是個不錯的選擇。