智能移动垃圾箱.docx
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智能移动垃圾箱.docx
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智能移动垃圾箱
摘要
在深入研究了现在垃圾箱的现状和市场需求后,我们设计出了基于NRF24L01的智能移动垃圾箱系统。
该垃圾箱具有可移动、自动清扫、信息显示、应急照明、太阳能充电、自动开盖、自动倒垃圾等特点。
系统的电源采用硬件自动控制,市电变压充电与太阳能充电相结合,同时采用了大容量铅酸蓄电池作为电能储备,保证系统的正常运行。
通过运用单片机和各种传感器的使用与NRF24L01无线传输模块相结合,构筑了一个垃圾箱与基站相呼应的智能垃圾箱系统。
使得整个系统更加的完整、统一和智能化。
该智能垃圾箱着眼于公共场所的智能垃圾箱需求,又具有智能化程度高、成本较低、实用性强、性能可靠等优点,为构建数字智能化社会贡献力量。
关键词:
智能,NRF24L01,移动垃圾箱,单片机,太阳跟踪。
第一章前言
1.1垃圾箱现状
垃圾桶是人们生活中“藏污纳垢”的容器。
垃圾桶是社会文化的一种折射。
中文名称:
垃圾桶。
一种专门盛放垃圾、废弃物的容器。
也有不少称作“垃圾箱”英文名称:
garbagecan/dustbin垃圾桶就使用场合可分为公共垃圾桶和家庭垃圾桶。
就盛放垃圾形式可分为独立垃圾桶和分类垃圾桶。
就加工材料可分为塑料垃圾桶、不锈钢垃圾桶、陶瓷垃圾桶、木质垃圾桶、水泥垃圾桶和纸浆垃圾桶等等。
就开启方式有敞口式、揭盖式、踩踏开盖、感应式(红外线)等。
公共垃圾桶,公共垃圾桶对环境有特殊的要求:
在室外自然条件下能耐高低温,有足够的机械强度和良好的冲击韧性。
易清洁能够与环境融合。
据调查,现在使用的垃圾箱主要存在以下问题:
1、垃圾桶对垃圾的密封效果不好,导致垃圾桶附近异味较大,并且极易滋生细菌、寄生虫等,对人们的健康造成较大的危害。
2、现有的垃圾桶不能自动处理桶内垃圾,经常出现大量垃圾溢出垃圾桶的现象,影响环境卫生,造成污染,危害人们的健康。
3、现有的垃圾桶不能及时封装桶内垃圾,垃圾长时间裸露在外,环卫工人处理垃圾时与垃圾直接接触,增大环卫工人患病几率。
4、现有的垃圾箱可移动性差,一般安装固定死。
5、现有的垃圾箱功能单一,科技含量低。
虽然,在我们日常生活中垃圾箱随处可见,形状也各式各样。
经过多年的生产和专业设计垃圾箱也变得的越来越人性化,随着现代科技的发展,人们生活水平的不断提高,也越来越被人们忽略。
在计算机和各种传感技术高速发展的今天,各种智能仪器仪表,自动化设备也快速进入人们的日常生活中,各种智能机械设备为人类节省了不少的人力、财力资源,然而,以后智能化、自动化也将在各行各业得到更完美的应用,真正实现智能化社会。
那么,可移动智能垃圾箱也是发展的一种趋势。
1.2垃圾箱的发展
传统的垃圾箱被定义为:
垃圾箱是存放垃圾的容器,作用与垃圾桶相同,一般是方形或长方形。
传统垃圾箱也是垃圾箱最本质的功能,但垃圾箱随着时间的发展,放在不同的地方而又有所不同,用不同的材料做成有所不同,功能也逐渐增多。
垃圾箱按材质可分为:
塑料垃圾箱、环保垃圾箱、金属垃圾箱、钢目垃圾箱、不锈钢垃圾箱、卡通垃圾箱、铁皮、玻璃垃圾箱等;按形状可分为:
户外塑料垃圾箱、户外分类金属垃圾箱、户外圆形、方形垃圾箱户外吊挂垃圾箱、户外圆形、方形玻璃垃圾箱等;按功能可分为:
金属喷塑分类垃圾箱、阻燃垃圾桶、酒店垃圾桶、摇盖果皮箱、脚踏垃圾桶、木质分类垃圾箱、医疗垃圾桶、客房垃圾桶、广告果皮箱、感应垃圾桶、上投口垃圾桶、侧投口垃圾桶等。
除传统垃圾箱外,目前市场中出现了不同种类的智能垃圾箱。
现在市场上已经出现了一些技术成熟的智能垃圾箱,使用红外线等传感器件,当人们想仍垃圾时,手挡住传感器发出的电磁波或不可见光等,通过集成芯片检测到并控制垃圾箱的盖打开或关闭,从而实现智能化。
如:
中国浙江台州市的欧本电子有限公司(OUBEN)制造的智能感应垃圾桶。
除感应垃圾箱外,还出现了一种语音提示垃圾桶,它由桶身、桶底语音装置构成;桶身为中空圆柱体状;桶底将桶身下端密封固定;语音装置固定与桶底内,设有露出桶底下表面的开关及喇叭,语音装置通过分布于桶底上表面的压力传感器采集信号。
本实用新型在垃圾桶上附加语音装置,当垃圾桶装满时发出语音提醒人们及时清理,确保周边环境卫生。
虽然这些产品已不用手自己开盖,也具备了一些语音功能显得更人性化。
但要想垃圾箱真正实现智能化,这些还只能算是第一步。
1.3市场需求
垃圾箱在我们日常生活中扮演这重要的角色,为环境保护也作出了卓越贡献,也正是为了方便人们将随时产生的废弃物仍到规定的地方,一般平均两个垃圾箱的距离不会超过100米。
可想而知人类对垃圾箱的需求量之大,随之生产垃圾箱的厂家也比比皆是。
由于传统垃圾箱和现有的智能垃圾箱功能都较单一,虽然能满足人们的日常需要,但在这科技高速发展的今天,不免显得有些死板。
随着全球智能化的发展,更多功能的智能垃圾箱的应用指日可待。
本文将提到一种新型全智能可移动垃圾箱,让垃圾箱真正的实现智能化,人性化,实现垃圾箱的一场革命。
1.4本智能垃圾箱的功能与特点
1.智能垃圾箱的底座上装有2个带电机驱动的普通轮和一个全向轮使其具有可移动性,可以通过单片机程序控制按规定的路线行驶,也可以在一个规定的场所任意行走。
由于在垃圾箱底面和侧面装有红外传感器,因此在任意行走时,碰到行人、障碍物和地面不平等时会自动转向。
保证了在工作中的安全性和稳定性。
2.自动清扫,在垃圾箱的底部按有毛刷转轮和一个小型垃圾盒,当垃圾箱移动时可以将路过的小型垃圾和灰尘扫进垃圾盒。
垃圾箱自动清扫功能,打破了长期以来的人力清扫,提出了将吸尘器设备与垃圾箱相结合的创新理念。
节省了大量的人力物力资源,使清洁具有了更强的规律性。
3.语音功能,当人们扔垃圾时,垃圾箱可以自动发出”好样的!
、你是最棒的!
保护环境,人人有责、谢谢!
”等提示语。
似的垃圾箱更人性化,为人们生活增添乐趣,添加扔垃圾的兴趣,提高人民环境保护意识。
4.显示模块,在垃圾箱的正面斜前方分别装有点阵和数码管。
点阵可以移动显示字幕,可以用来显示“亲:
请不要乱仍垃圾哦!
保护环境人人有责。
天气转凉,注意身体!
”等标语,也可用于商业广告等宣传和通知。
垃圾箱内部拥有温湿度传感器,数码管用来显示及时温度和湿度、时间和日期,甚至可以显示当地的经纬度等,为人民提供了方便。
5.应急照明,垃圾箱前方有2个大功率LED照明灯,当遇到突发事件是可以通过蓄电池照明。
6.太阳能自动充电蓄电,垃圾箱上面拥有一块大功率太阳能电池板和2个步进电机构成的太阳能跟随器。
可以自动任意旋转,自动寻找太阳光最强的方向使其太阳能吸收率达到最高,然后将太阳能转化为电能储存在蓄电池内。
7.自动开盖,自动倒垃圾。
在垃圾箱盖处有红外释热模块,可以检测到人们仍垃圾时自动开盖,然后5秒钟后自动关闭垃圾盖,使垃圾与外界完美的隔离,不让垃圾异味散发出来污染空气。
垃圾箱的后面设置了到垃圾的门,当检测到专门的垃圾回收盒时,控制门的电机将会自动转动将门放下与回收盒结合,垃圾通过门进入垃圾回收盒,倒完垃圾后电机反转将门关闭。
8.自动回航倒垃圾充电,垃圾箱上装有5个激光传感器和陀螺仪。
当系统检测到电量不足和垃圾装满时通过不同方位的激光传感器接收到的信号,自动定位寻找到充电站进行充电和到垃圾。
图1-1可移动智能垃圾箱系统设计框图
综上所述
智能可移动垃圾箱是社会走向现代化的必备产品。
而国内外智能垃圾箱目前功能还比较单一,功能不够完善。
并且,现在市场上智能垃圾箱较少。
针对垃圾箱走向智能化,我们特设计出多功能智能垃圾箱。
而基于NRF24L01的数据通信,能比较好的解决数据通信问题。
总之,我们通过自己的硬件、软件创新,设计和制作出了基于NRF24L01的智能垃圾箱系统。
第二章背景知识介绍
本部分将着重介绍NRF24L01无线传输、单片机、各种传感器等涉及到的背景知识。
从它们的基本定义、基本术语到发展运用领域,以及以后的运用展望作一个基础性的概述。
2.1NRF24L01无线传输
2.1.1NRF24L01概述
nRF24.L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4GHz~2.5GHzISM频段。
内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术,其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。
nRF24L01功耗低,在以-6dBm的功率发射时,工作电流也只有9mA;接收时,工作电流只有12.3mA,多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。
2.1.2NRF24L01工作原理
发射数据时,首先将nRF24L01配置为发射模式:
接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI口写入nRF24L01缓存区,TX_PLD必须在CSN为低时连续写入,而TX_ADDR在发射时写入一次即可,然后CE置为高电平并保持至少10μs,延迟130μs后发射数据;若自动应答开启,那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式,接收应答信号(自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致)。
如果收到应答,则认为此次通信成功,TX_DS置高,同时TX_PLD从TXFIFO中清除;若未收到应答,则自动重新发射该数据(自动重发已开启),若重发次数(ARC)达到上限,MAX_RT置高,TXFIFO中数据保留以便在次重发;MAX_RT或TX_DS置高时,使IRQ变低,产生中断,通知MCU。
最后发射成功时,若CE为低则nRF24L01进入空闲模式1;若发送堆栈中有数据且CE为高,则进入下一次发射;若发送堆栈中无数据且CE为高,则进入空闲模式2。
接收数据时,首先将nRF24L01配置为接收模式,接着延迟130μs进入接收状态等待数据的到来。
当接收方检测到有效的地址和CRC时,就将数据包存储在RXFIFO中,同时中断标志位RX_DR置高,IRQ变低,产生中断,通知MCU去取数据。
若此时自动应答开启,接收方则同时进入发射状态回传应答信号。
最后接收成功时,若CE变低,则nRF24L01进入空闲模式1。
2.1.3跳频功能的实现
由于2.4G频段没有使用授权限制,目前家用电器、手机、无线网络都集中在此频段,干扰问题难以避免。
如何避开在家庭市场中易与其它无线传输间(Bluetooth、HomeRF)发生干扰成了首要解决的问题。
跳频技术(Frequency-HoppingSpreadSpectrum;FHSS)是在2.4GHz频带以一定的频宽将其划分为若干个无线电频率信道(RadioFrequencyChannel;RFC),并且以使用接收和发送两端一样的频率跳跃模式(FrequencyHopping)来接发讯号及防止数据撷取。
其工作原理是,收发双方传输信号的载波按照预定规律进行离散变化。
以达到避开干扰,完成传输。
简单的说,跳频技术FHSS不是抑制干扰而是容忍干扰。
图3是跳频实现的流程图。
2.2单片机
2.2.1单片机简介
单片微型计算机简称为单片机,又称为微型控制器,是微型计算机的一个重要分支。
单片机是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片,是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统于同一硅片的器件。
80年代以来,单片机发展迅速,各类新产品不断涌现,出现了许多高性能新型机种,现已逐渐成为工厂自动化和各控制领域的支柱产业之一。
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
相当于一个微型的计算机,和计算机相比,单片机只缺少了I/O设备。
概括的讲:
一块芯片就成了一台计算机。
它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
单片机内部也用和电脑功能类似的模块,比如CPU,内存,并行总线,还有和硬盘作用相同的存储器件,不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多,不过价钱也是低的,一般不超过10元即可…….....用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。
我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影!
…….....它主要是作为控制部分的核心部件。
2.2.2单片机的发展
1971年intel公司研制出世界上第一个4位的微处理器;Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel4004,标志着第一代微处理器问世,微处理器和微机时代从此开始。
因发明微处理器,霍夫被英国《经济学家》杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。
1971年11月,Intel推出MCS-4微型计算机系统(包括4001ROM芯片、4002RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器)其中4004(下图)包含2300个晶体管,尺寸规格为3mm×4mm,计算性能远远超过当年的ENIAC,最初售价为200美元。
1972年4月,霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel8008。
由于8008采用的是P沟道MOS微处理器,因此仍属第一代微处理器。
1973年intel公司研制出8位的微处理器8080;1973年8月,霍夫等人研制出8位微处理器Intel8080,以N沟道MOS电路取代了P沟道,第二代微处理器就此诞生。
主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍,可存取64KB存储器,使用了基于6微米技术的6000个晶体管,处理速度为0.64MIPS(MillionInstructionsPerSecond)。
1975年4月,MITS发布第一个通用型Altair8800,售价375美元,带有1KB存储器。
这是世界上第一台微型计算机。
1976年intel公司研制出MCS-48系列8位的单片机,这也是单片机的问世。
Zilog公司于1976年开发的Z80微处理器,广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。
当时,Zilog、Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立。
20世纪80年代初,Intel公司在MCS-48系列单片机的基础上,推出了MCS-51系列8位高档单片机。
MCS-51系列单片机无论是片内RAM容量,I/O口功能,系统扩展方面都有了很大的提高。
2.2.3单片机的运用
目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。
更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。
因此,单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。
2.2传感器技术
2.2.1激光
“激光”,又称镭射,英文叫“LASER”,是“LightAmplificationbyStimuIatadEmissionofRadiation”的缩写,意为“受激发射的辐射光放大”,激光的英文全名已完全表达了制造激光的主要过程。
1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。
激光是20世纪以来,继原子能、计算机、半导体之后,人类的又一重大发明。
它的原理早在1917年已被著名的物理学家爱因斯坦发现,但要直到1958年激光才被首次成功制造。
激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的,它一问世,就获得了异乎寻常的飞快发展,激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生,而且导致整个一门新兴产业的出现。
激光可使人们有效地利用前所未有的先进方法和手段,去获得空前的效益和成果,从而促进了生产力的发展。
激光的特点概述:
第一,激光是一种颜色最单纯的光。
太阳光和电灯光看起来似乎是白色的,但当让它通过一块三棱镜的时候,就可以看到红、橙、黄、绿、蓝、青、紫七种颜色的光,其实,还含有我们看不见的红外光和紫外光。
激光的颜色非常单纯,而且只向着一个方向发光,亮度极高。
第二,激光的方向性好。
在发射方向的空间内光能量高度集中,所以激光的亮度比普通光的亮度高千万倍,甚至亿万倍。
而且,由于激光可以控制,使光能量不仅在空间上高度集中,同时在时间上也高度集中,因而可以在一瞬间产生出巨大的光热,成为无坚不摧的强大光束。
平时,我们见到的灯光,都是向四面八方发光,就好像电影院散场后,大家前前后后地向着四面八方以不同步伐走出来。
打开室内的电灯,整个房间都照亮了。
又如,打开手电筒,在发出的部位,直径不过3~5厘米,待射到几米之外后,就扩展成一个很大的光圈。
这说明,光在传播中发散了。
然而,激光却不同,它是大量原子由于受激辐射所产生的发光行为。
激光在传播中始终像一条笔直的细线,发散的角度极小,一束激光射到38万千米外的月球上,光圈的直径充其量只有2千米左右。
第三,激光亮度最高。
太阳是人类共有的自然光源,整个世界沐浴在明亮的阳光之下。
太阳表面的亮度比蜡烛大30万倍,比白炽灯大几百倍。
激光的出现,更是光源亮度上的一次惊人的飞跃。
一台普通的激光器的输出亮度,比太阳表面的亮度大10亿倍。
从地球照到月亮上在反射回来也不成问题。
可见激光是当今世界上高亮度的光源。
第四,激光还可以具有很大的能量,用它可以容易地在钢板上打洞或切割。
在工业生产中,利用激光高亮度特点已成功地进行了激光打孔、切割和焊接。
在医学上、利用激光的高能量可使剥离视网膜凝结和进行外科手术。
在测绘方面,可以进行地球到月球之间距离的测量和卫星大地测量。
在军事领域,激光能量提高,可以制成摧毁敌机和导弹的光武器。
因此激光在人们生产生活中得到了广泛应用。
2.2.2红外传感器
红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种,由英国科学家霍胥尔于1800年发现,又称为红外热辐射,他将太阳光用三棱镜分解开,在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计,试图测量各种颜色的光的加热效应。
结果发现,位于红光外侧的那支温度计升温最快。
因此得到结论:
太阳光谱中,红光的外侧必定存在看不见的光线,这就是红外线。
也可以当作传输之媒介。
太阳光谱上红外线的波长大于可见光线,波长为0.75~1000μm。
红外线可分为三部分,即近红外线,波长为(0.75-1)~(2.5-3)μm之间;中红外线,波长为(2.5-3)~(25-40)μm之间;远红外线,波长为(25-40)~l000μm之间。
近红外线或称短波红外线,波长0.76~1.5微米,穿入人体组织较深,约5~10毫米;远红外线或称长波红外线,波长1.5~400微米,多被表层皮肤吸收,穿透组织深度小于2毫米。
红外线特点:
(1)通过辐射传导热能;有极强的穿透能力,可使物体快速被加热;不被大气所吸收,因此不产生浪费;不受周边环境的影响(如潮湿、温度高低等);
(2)热效率高:
在加热的过程中没有化学损失和物理损失,在热传递过程中热能损失少利用率高,浪费少。
鉴于红外线的特点应用及其如:
1.红外线开关,红外线开关有主动式和被动式。
主动式红外线开关由红外发射管和接收管组成探头,当接收管接收到发射管发出的红外线时,灯关闭;人体通过挡住红外线时,灯开启。
被动式红外线开关是将人体作为红外线源(人体温度通常高于周围环境温度),红外线辐射被检测到时,开启照明灯。
还有常见的红外感应龙头也是应用了这种原理。
2.医疗保健,在红外线区域中,对人体最有益的是4μm~14μm波段,它有着孕育宇宙生命生长的神奇能量,所有动、植物的生存、繁殖,都是在红外线这个特定的波长下才得以进行,因此许多专家、学者称之为“生育光线”。
远红外纺织品是近年来新兴的一种精密陶瓷粉经特殊加工制成,具有活化组织细胞、促进血液循环和改善微循环、提高免疫力、加强新陈代谢、消炎、除臭、止痒、抑菌等功能。
3.遥控器,不少家用电器都配有红外线遥控装置.当遥控器与红外接收端口排成直线,左右偏差不超过15度时,效果最好。
4.红外接口,越来越多的电子设备装配了红外端口,支持无线传输,避免了通过电缆连接的累赘.如利用红外线可通过手机上网。
5.防盗装置,由红外线发射机和红外接收机组成.红外线发射机发射的红外线光束构成了一道人眼看不见的封锁线,当有人穿越或阻挡红外线时,接收机将会启动报警主机,报警主机收到信号后立即发出警报。
6.红外遥感,在漆黑的夜晚应用红外遥感设备可以探测各种矿藏。
我国利用红外遥感照片,调查了地热资源和放射性矿藏等资源。
7.红外侦察,侦察卫星携带红外成像设备可获得更多地面目标的情报信息,并能识别伪装目标和在夜间对地面的军事行动进行监视;导弹预警卫星利用红外探测器可探测到导弹发射时发动机尾焰的红外辐射并发出警报,为拦截来袭导弹提供一定的预警时间。
8.红外制导,红外制导就是利用目标本身的红外辐射来引导导弹自动接近目标,以提高命中率。
红外线在航空、航天、军事装备遥控遥感等高科技领域和加热、保温、食品烤制、取暖、医疗保健等日常生活领域都得到广泛的应用;以各种气体为热源的红外加热技术已被广泛采用,全新红外线光波辐射加热燃气灶应运而生。
2.2.3超声波传感器
超声波是频率高于20000赫兹的声波,它方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的声能,在水中传播距离远,可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。
在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。
超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。
超声波的产生及特点:
声波是物体机械振动状态(或能量)的传播形式。
所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动形式。
譬如,鼓面经敲击后,它就上下振动,这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播,这便是声波。
超声波是指振动频率大于20000Hz以上的,其每秒的振动次数(频率)甚高,超出了人耳听觉的一般上限(20000Hz),人们将这种听不见的声波叫做超声波。
超声和可闻声本质上是一致的,它们的共同点都是一种机械振动模式,通常以纵波的方式在弹性介质内会传播,是一种能量的传播形式,其不同点是超声波频率高,波长短,在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性,目前腹部超声成象所用的频率范围在2∽5兆Hz之间,常用为3∽3.5兆Hz(每秒振动1次为1Hz,1兆Hz=10^6Hz,即每超声波熔接器秒振动100万次,可闻波的频率在16-20,000HZ之间)。
超声波是声波大家族中的一员。
超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律,与可听声波的规律没有本质上的区别。
但是超声波的波长很短,只有几厘米,甚至千分之几毫米。
与可听声波比较,超声波具有许多奇异特性:
传播特性──超声波的波长很短,通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长大好多倍,因此超声波的衍射本领很差,它在均匀介质中能够定向直线传播,超声波的波长越短,该特性就越显著。
功率特性──当声音在空气中传播时,推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。
声波功率就是表示声波做功快慢的物理量。
在相同强度下,声波的频率越高,它所具有的功率就越大。
由于超声波频率很高,所以超声波与一般声波相比,它的功率是非常大的。
空化作用──当超声波在液体中传播时,由于液体微粒的剧烈振动,会在液体内部产生小空洞。
这些小空洞迅速胀大和闭合,会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用,从而产生几千到上万个大气压的压强。
微粒间这种剧烈的相互作用,会使液体的温度骤然升高,起到了很好的搅拌作用,从而使两种不相溶的液体(如水和油)发生乳化,且加速溶质的溶解,加速化学反应。
这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。
频率高于2×10赫的声波。
研究超声波的产生、传播、接收,以及各种超声效应和应用的声学分支叫超声学。
产生超声波的装置有机械型超声发生器(例如气哨、汽笛和液哨等)、利用电磁感应和电磁作用原理制成的电动超声发生器、以及利用压电晶体的电致伸缩效应和铁磁物质的磁致伸缩效应制成的电声换能
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