【定义】声波是声音的传播形式，发出声音的物体称为声源。声波是一种机械波，由声源振动产生，人耳可以听到的声波的频率一般在20Hz（赫兹）至20kHz之间。波频率超过20kHz称为超声波，而低于20Hz称为次声波。

由于超声波具有波长短、能量大，传播过程中反射、折射、共振、损耗等现象显著的特点，在工业加工领域获得广泛应用，可以用于切削、清洗（见图3、4所示）、焊接、抛光，以及复合加工。

图3 超声波清洗蔬菜、水果

图4 利用超声原理的随身携带洗衣皂

不管超声波应用于那个领域、设备体积大小，其系统组成肯定有以下几部分组成，见图5所示：

图5 超声加工原理图

（1-工具；2-工件；3-磨料悬浮液；4、5-变幅杆；6-换能器；7-超声波发生器）

【超声波加工】：是利用工具-1端面做超声频振动，通过磨料悬浮液-3加工脆性材料-2的一种成形加工方法。

1）超声波发生器。工业上发生器作用是将50Hz的交流电转变为一定功率的超声频电信号。

2）超声波振动系统。这部分包括6、5、4、1，即超声换能器、变幅杆及工具。上面提到超声波本质上是一种频率高的机械波（声波），而发生器仅仅是将交流电转变为一种电信号（高频），因此需要换能器将电信号转为（高频）声波，能实现上述转变有两种类型：压电效应和磁致伸缩效应。

图6 压电效应

简单讲所谓压电效应指某些特殊材料在受到电信号作用下会产生物理上伸缩动作，图6的会发生变化，正电压变大，反之负电压变小。如石英晶体的压电效应为3000V产生小于0.01的变形。那么电信号与伸缩量两者就有数学上关系，意味着超声频电信号将产生超声频的波（振动、变形）。磁致伸缩原理类似，请问度娘。

市面上电动牙刷将发生器与换能器原理做成声波马达（磁悬浮声波马达），利用压电效应直接生成机械波。其原理其实是一样的。

3）变幅杆。不知道大家有没有发现牙刷杆做的挺长的，见图7所示。这是因为材料所产生的变形实在太小了，必须要放大。一般变幅杆形状见图8所示。一般细端接输出端（牙刷头），因为细端容易产生较大振幅。

4）一般而言利用超声波清洗，是需要一定介质，如水。变幅杆将生成较大振幅的机械波传递到工具端，工具端面在水中传递高频声波，形如一把锤以高频击打水滴，此时水介质随着高频声波波形在传递能量，见图9所示。在一定频率下声源通过水介质，会改变水介质形状，见图10所示。高频振动在水中会产生一种现象，称为空化作用，这是因为水中溶解着无数空气，形成一个个气泡，气泡在一定压力下会膨胀直到爆炸，这样在其局部范围内产生一定冲击波，从而使的污渍离开物体表面，达到清洁效果，见图9所示。

图7 小米电动牙刷

图8 变幅杆形状

当然工业上为了达到更佳清洗效果、磨削效果，会在水中加入一些磨料颗粒以增强其效果。同样道理，针对超声牙刷，一些厂商推出特制牙膏，其实就是加入磨粒以加强清洗效果。

总结下：超声牙刷原理一点都不难、复杂，反而简单。无非就是马达、变幅杆加刷头组成，成本相当低。