超声波清洗又称为无刷清洗,是各种化学、物理以及机械清洗中较为有效的一种手段,目前被广泛应用在许多行业和部门. 一般理论认为,超声波清洗通过超声空化效应实现 ,但清洗过程引发的噪声是有害的.

  超声波清洗机主要包括3 个部分,即超声波发生器、清洗水槽和粘在水槽底部的换能器阵. 超声波发生器提供给换能器一定频率的电磁振荡能量,换能器在超声波发生器的激励下发生共振,将电磁振动信号转化为换能器的超声振动,进而推动与其机械振动系统相连接的水介质振动,向水中辐射超声波. 超声波在液体中传播时将引发空化 . 液体空化时伴随有空化泡的非线性振动以及空化泡的崩溃,前者会产生各次谐波和分谐波;后者则会辐射出连续噪声. 这些成分相互叠加会形成液体空化噪声.人们对液体空化噪声进行了研究,从所得的频谱图上发现,超声波空化噪声谱频带较宽,表现为在连续谱的背景上另加一些谱线. 线谱的频率对应于激发声波的频率及其谐波和分谐波频率. 液体中的空化噪声透过水与空气界面向工作空间辐射,这成为危害工作人员身心健康的主要因素.

目前常用超声波清洗机的工作频率多选在20～40 kHz 之间,这虽可得到较大的空化强度,但空化引起的噪声也大,对长期处在这种环境中的操作人员身体可造成不同程度损害[4 ] . 已有的实验结果表明,噪声对人体生理机能的影响与噪声的特性有关[5 ,6 ] . 作者在分析超声波清洗噪声成因的理论基础上,测量了工作频率分别为21 ±0. 5 、27 ±015 、38±0. 5 kHz 的超声波清洗机的噪声强度,并用两种方法测量了其噪声频谱. 这为进一步采取降噪措施和研究超声波清洗噪声对人体的生理危害提供实验依据.

  实验：实验仪器主要包括工作频率分别为21 ±0. 5 、27 ±0. 5 、38 ±0. 5 kHz 的超声波清洗机,它们均由具有频率自动跟踪系统的ACQ600 型超声波发生器(0～600 W 可调) 、槽式清洗槽和粘在清洗槽底部的换能器阵组成;直径为13. 2 mm 的电容传声器,频率测量范围为3. 15 Hz～40 kHz ;2209 型脉冲精密声级计; 延伸电缆; 三分之一倍频程滤波器;Agilent 54622A 型示波器以及用于监测电压的高频电压表. 调节超声波发生器,使3 种超声清洗机的功率密度相同,约为1. 5 W/ cm2 . 将电容传声器固定于水槽上方15 cm 处,水槽中的水位加至16 cm 处. 每次实验前,用声级计、电容传声器测量背景噪声,然后打开超声波清洗机,测量总声级. 若总声级与背景噪声差值大于10 dB ,则背景噪声可不予考虑;若小于10 dB ,则必须按差值分别为3 、4～6 、7～9 dB ,修正值依次为- 3 、- 3 、- 1 dB或者按噪声修正公式对总声级进行修正.

L p = L + 10 lg[1 - 10 - 0. 1 ( L - Ln) ] =

L - ΔL ,

ΔL = - 10 lg[1 - 10 - 0. 1 ( L - L n) ]. 

式中L 为用声级计测得的总声级, L n 为用声级计测得的背景噪声级, L p 为超声波清洗机工作时在环境中产生的实际空化噪声级,ΔL 为修正值. 实验中背景噪声为54 dB.使用两种方法测量噪声频谱,一种连接仪器, 声信号由电容传声器接收后, 经2209 型脉冲精密声级计放大, 输入至Agilent54622A 型数字存储示波器进行数据采集,最后在计算机上利用数据处理软件Origin6. 0 还原成声压频谱图进行分析;另一种是2209 型声级计与三分之一倍频程滤波器连用,测量并可得到噪声的倍频程频谱图.

  结论：采用两种方法测量了3 种不同工作频率超声波清洗机的噪声频谱,分析了超声波清洗机的噪声特点. 结果表明,在超声波功率密度(即声强) 相同条件下,超声波清洗机产生的噪声主要仍由水槽中所发生的空化引起. 超声波清洗噪声在0～50 kHz 范围内均有分布,其中以高频噪声为主,主频位于工作频率处. 在保持超声波功率密度相同的条件下,超声波清洗机的工作频率越高,主频及其他成分所对应的声压级值有下降趋势. 在20～40 kHz 范围内,超声清洗机的噪声总声级随其工作频率的增高呈下降趋势.