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超聲波的基本原理范文第1篇

【關(guān)鍵詞】B超診斷技術(shù)；發(fā)展?fàn)顩r；非侵人性特征；應(yīng)用；

【中圖分類號】R44 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B【文章編號】1004-4949（2014）02-0497-01

自從我國各大醫(yī)院廣泛的采用B超診斷技術(shù)以來，B超診斷技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各大醫(yī)院的臨床醫(yī)學(xué)檢驗之中。例如，B超診斷技術(shù)之中的B型超聲檢查已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各大醫(yī)院的心血管內(nèi)科、消化系統(tǒng)內(nèi)科、泌尿系統(tǒng)內(nèi)科、婦產(chǎn)科等各大科室的疾病診斷當(dāng)中。針對B超診斷技術(shù)在各個醫(yī)院中的廣泛應(yīng)用和B超診斷技術(shù)在治療患者疾病的過程中發(fā)揮的重要作用，在本文中，筆者將結(jié)合自己在醫(yī)院的多年工作經(jīng)驗，具體的談一談目前我國的B超診斷技術(shù)發(fā)展應(yīng)用情況。一方面希望能夠起到拋磚引玉的作用，另一方面希望能夠給相關(guān)人員起到一定的指導(dǎo)作用。

一B超診斷技術(shù)的基本原理

1、超聲波在人體中應(yīng)用的基本原理

在通常的情況之下，人們所能聽到的聲音的聲波頻率一般是在20赫茲到20千赫茲之間，如果超出這個范圍，人體就不能正常的聽到聲音。其中，如果聲音的聲波頻率低于20赫茲，那么就將這樣的聲波稱之為次聲波；如果聲音的聲波頻率高于20千赫茲，那么就將這樣的聲波稱之為超聲波。目前，超聲波已經(jīng)在社會的各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里面，超聲波具有非常多的符合醫(yī)學(xué)需要的特點。其中，由于超聲波具有聲波頻率高的特點，這就意味著超聲波的波長很短，因此，超聲波可以像光線一樣沿著直線進(jìn)行傳播，這就使得在醫(yī)學(xué)工作中可以把超聲波沿著一個確定的方位進(jìn)行超聲波發(fā)射，這樣，超聲波就可以沿著一條直線在人體的各個組織里面?zhèn)鞑?，在超聲波傳播的過程之中，超聲波與人體的各個器官進(jìn)行接觸的時候就會產(chǎn)生各種各樣的反射波段，這就是超聲波在人體醫(yī)學(xué)當(dāng)中的應(yīng)用。

2、B超診斷技術(shù)的基本原理

B超診斷技術(shù)的核心就是B超成像，B超成像，顧名思義指的就是利用相關(guān)的醫(yī)學(xué)B超儀器向人體之中發(fā)射超聲波，然后根據(jù)超聲波的直線傳播原理對人體的器官進(jìn)行掃描。并對掃描過后超聲波回聲的延遲時間和超聲波的回聲強弱等狀況來判斷人體器官的具體情況，然后，再把收集得來的信息通過計算機進(jìn)行相應(yīng)的處理，最后，就能夠得到B超診斷的診斷圖像。

二B超診斷技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于各種疾病的診斷之中

在治療疾病時，采用B超診斷技術(shù)可以為醫(yī)生提供圖像清晰、準(zhǔn)確的患者內(nèi)臟的病變圖像，針對B超診斷技術(shù)的這種優(yōu)良特性，目前，B超診斷技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各種內(nèi)科疾病的檢查之中，尤其是在對腹部疾病的診斷當(dāng)中。截至目前為止，在各大醫(yī)院中采用最多的B超診斷技術(shù)是應(yīng)用于對患者肝膽疾病的診斷過程之中。

1、B超診斷技術(shù)應(yīng)用于肝臟疾病的診斷過程

肝臟是人體的重要器官之一，在人體之中主要發(fā)揮著消化、排解毒素的重要作用，這就導(dǎo)致人體的肝臟器官很容易出現(xiàn)各種各樣的慢性疾病或者是病理性傷害，在B超診斷技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)之前，人們很難確切的知道肝臟器官到底是哪里出現(xiàn)了問題，這就導(dǎo)致肝臟疾病很難在發(fā)病的初期得到及時、有效的控制，以至于延誤了患者的治療。目前，隨著B超診斷技術(shù)應(yīng)用于肝臟疾病的診斷，醫(yī)生可以通過B超診斷技術(shù)提供的清晰病理圖像準(zhǔn)確的識別出肝臟中的各種病理性特征。與此同時，醫(yī)生還可以根據(jù)B超診斷中得到的圖像，展示出肝臟部位腫脹物的大小以及其位置和范圍做出準(zhǔn)確的判斷，并且能夠迅速的得出正確、有效的治療方案。這里要特別指出的是，隨著B超診斷技術(shù)的不斷發(fā)展，目前，醫(yī)院已經(jīng)可以通過B超診斷技術(shù)發(fā)現(xiàn)了小于2毫米的肝部小腫瘤，這就有力地克服了以前肝臟部位病變難以發(fā)現(xiàn)的問題。

2、B超診斷技術(shù)應(yīng)用于膽道疾病的診斷過程

B超診斷技術(shù)還可以應(yīng)用于膽道疾病的診斷過程當(dāng)中，在對膽道疾病進(jìn)行診斷的過程中， B超診斷技術(shù)可以清晰的反映出人體的膽管部位有沒有產(chǎn)生擴張的現(xiàn)象，此外， B超診斷技術(shù)還可以清晰的反映出膽道的膽囊部位的大小狀況。最終，醫(yī)院里的醫(yī)生可以通過B超診斷技術(shù)，向患者提供膽道疾病的清晰病理影像，并通過獲得的病理影像來正確的判斷出膽道疾病的梗阻性黃疽的病發(fā)部位以及梗阻性黃疽的發(fā)病程度，我們可以知道，通過 B超診斷技術(shù)可以做到比傳統(tǒng)的診斷技術(shù)的準(zhǔn)確程度提升一倍以上。此外，對于膽道疾病的膽囊結(jié)石現(xiàn)象，醫(yī)院醫(yī)生也可以通過B超診斷技術(shù)提供的膽囊部位的清晰圖像，來確定膽囊部位炎癥的嚴(yán)重程度、膽道部位膽管的擴張情況，以及膽道部位膽囊結(jié)石的大小和數(shù)量，這就使得 B超診斷技術(shù)成為了膽道疾病的診斷過程當(dāng)中一道必不可少的關(guān)鍵性程序。

三總結(jié)

綜上所述，自從B超診斷技術(shù)誕生以來，B超診斷技術(shù)的優(yōu)勢已經(jīng)在廣大人民群眾面前呈現(xiàn)出來了。由于B超診斷技術(shù)可以向醫(yī)療工作人員提供清晰、有效的人體內(nèi)臟器官的圖像，因此，就使得B超診斷技術(shù)可以在各大醫(yī)院當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用。在本文當(dāng)中，筆者結(jié)合自己在醫(yī)院的多年工作經(jīng)驗，大致的講述了B超診斷技術(shù)的基本原理，并根據(jù)其原理的特征講述其目前在各類疾病診斷和治療當(dāng)中的應(yīng)用，為的是讓冠達(dá)人民群眾對這一技術(shù)能有個大致的了解。但是，由于本人的知識水平有限，因此，本文如有不到之處，還望不吝賜教。

參考文獻(xiàn)

超聲波的基本原理范文第2篇

【關(guān)鍵詞】超聲波技術(shù)、樁基、檢測

中圖分類號：TU473.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

1、引言

自然界中的彈性波有很多種類型，聲波是一種能在混凝土和巖土等介質(zhì)中傳播的彈性波，因而當(dāng)聲波在這些巖土及混凝土介質(zhì)中的傳播過程，有關(guān)彈性波的傳播規(guī)律，對于聲波來說，同樣也是適用的。聲波的波速大小，既跟彈性介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，也跟彈性介質(zhì)的種類有關(guān)；因種類和性質(zhì)不同的彈性介質(zhì)，其相對應(yīng)的密度及彈性常數(shù)也存在著差異，這就使得聲波在這些介質(zhì)的傳播速度發(fā)生變化。應(yīng)用人工方式發(fā)出的聲波，并保證利用相關(guān)儀器能夠接收到其波速，并能對其波速進(jìn)行分析測定，以此來對混凝土在承載力和完整性等方面的特性以及巖石的內(nèi)部形態(tài)和特征做出相應(yīng)的判定，這就是當(dāng)今工程中廣泛應(yīng)用的超聲波探測技術(shù)的理論依據(jù)；以下就結(jié)合某地橋梁樁基檢測工程的具體情況，著重探討一下超聲波技術(shù)在路橋樁基檢測中運用這個問題。

2、關(guān)于運用超聲波檢測的基本原理分析

在檢測樁基過程中，在混凝土之中的傳播速度，聲波通常為4000m/s左右，若碰到混凝土之中存在著裂隙、夾泥或者密度出現(xiàn)較大差異等原因時，則會讓聲波出現(xiàn)減弱，一部分聲波因受阻于混凝土的缺陷（上述的裂隙、夾泥等），這樣就減小聲波在混凝土之中的傳播速度、延長聲波在混凝土之中的傳播時間，并且出現(xiàn)漫射這種現(xiàn)象；此時一旦碰到空氣界面（空洞）就會出現(xiàn)散射和發(fā)射，致使聲波的振幅降低；由此可見，正因為巖石、混凝土等存在著這些缺陷，改變了聲波的傳播路徑，促使聲波波形出現(xiàn)畸變；所以，只要混凝土存在著缺陷，就會減小和降低聲波在其中傳播的振幅和波速，并使其波形產(chǎn)生畸變，這就是運用超聲波檢測橋梁樁基的基本原理。，

3、超聲波技術(shù)檢測橋梁樁基的方法分析

3.1 進(jìn)行測試的基本要求。當(dāng)前進(jìn)行樁基檢測，多應(yīng)用超聲波檢測儀，其主要構(gòu)成，如下圖所示：

圖1 超聲波檢測儀構(gòu)成示意圖

根據(jù)規(guī)范要求，被檢測的樁把一塑料管或金屬管進(jìn)行垂直預(yù)埋，并封閉該測管下部、加蓋上部；其內(nèi)徑通常為60mm左右，管口比樁頂高出100mm左右，在確保豎向平行前提下，粘結(jié)牢固于混凝土；以樁徑的大小來確定測管的布置及數(shù)量，其相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)可用下表來表示：

表一 樁徑大小與埋管數(shù)量的關(guān)系表

通常以不同測管的數(shù)量來進(jìn)行測管的布置，具體如下圖（圖2 測管布置示意圖）所示。

3.2 進(jìn)行測試的基本步驟。通常，應(yīng)用超聲波技術(shù)進(jìn)行樁基測試，可從以下這些步驟來操作：

①基于同批次檢測樁樁徑，在把合適換能器確定出來基礎(chǔ)上，進(jìn)行儀器參數(shù)的設(shè)置，并以標(biāo)定法來把儀器系統(tǒng)遲延時間確定下來。

②量測、核實用于檢測樁基測管的幾何參數(shù)；以清水注滿聲管，以檢查換能器的升降及管道的通暢狀況；并以相關(guān)參數(shù)來修正耦合水層聲時及聲測管，把兩根聲管作為一個檢測剖面組合，在完成所用聲管的剖面全組合后，把檢測簡圖繪制出來。

③在標(biāo)志深度測管測點所在地，放入各個接受換能器及發(fā)射探頭，在確保標(biāo)高相同時進(jìn)行同步升降，通常測點間距≤250mm，把所接收信號的時程曲線進(jìn)行實時記錄，并完成周期值、首波峰值及聲時的讀??；基于測試簡圖來進(jìn)行檢測所用的檢測剖面。

④初步分析所用的測試數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行加密測試樁身質(zhì)量有問題的那些測點的周圍，以便能把樁身缺陷的范圍及位置準(zhǔn)確判定出來。

圖2測管布置示意圖

4、通過相關(guān)數(shù)據(jù)分析判斷樁身的完整性。當(dāng)前，通常通過聲速、聲幅及PDS的判據(jù)，來對樁身完整性進(jìn)行判定，通過對實際波形圖、各聲學(xué)參數(shù)臨界值及綜合各判據(jù)所得結(jié)果進(jìn)行分析，來評價樁身的完整性；此外，還可結(jié)合之主頻判據(jù)、由聲時判據(jù)演化而來的聲速判據(jù)等來對樁身完整性進(jìn)行評價，通常進(jìn)行評價可依據(jù)現(xiàn)行樁基檢測技術(shù)規(guī)程來實施操作，具體進(jìn)行綜合判定可依據(jù)下表來操作：

表二 關(guān)于樁身完整性的判定表

在辨別樁身完整性，應(yīng)以各聲學(xué)參數(shù)的不同對不同缺陷特征的混凝土進(jìn)行反映，通?；炷恋膹椥孕阅苡陕晻r來體現(xiàn)，混凝土界面狀況由波幅衰減來反映，再對各深度波形特征及各參數(shù)進(jìn)行綜合分析，就可以判定出樁身的質(zhì)量及完整性，具體如下表所示：

表三關(guān)于樁身混凝土質(zhì)量判定的依據(jù)表

5、某地橋梁樁基檢測工程實例分析

以該工程第15號墩的5號樁為例，其樁徑、樁長分別為1.5m和16.0m，把三根檢測管以正三角形形狀進(jìn)行布置；檢測儀器為RSM-SY5聲波儀，應(yīng)用雙發(fā)平側(cè)，其測點之間距離確定為25.0cm，檢測過程遵循從樁底到樁頂這個方向逐點進(jìn)行檢測；通過分析，并把聲幅-深度曲線、聲時-深度曲線繪制出來，根據(jù)該曲線形狀，就可判定期波動、聲幅及波形均無異常，參照PSD判據(jù)，就可對這個工程的5號樁樁身完整性及質(zhì)量做出判定。

6、結(jié)束語

綜上所述可知，應(yīng)用超聲波技術(shù)來對路橋樁基進(jìn)行檢測是比較準(zhǔn)確可靠的，在實際工程建設(shè)過程中，加強研究和應(yīng)用這種檢測技術(shù)，對于科學(xué)評價路橋樁基樁身完整性及對缺陷樁身實施合理處理均具有一定的促進(jìn)作用。

【參考文獻(xiàn)】

超聲波的基本原理范文第3篇

1.1超聲波處理與加工的基本原理

超聲波處理與加工設(shè)備主要是由四個部分組成:超聲波發(fā)生器、換能器、超聲波聚能器及超聲波發(fā)生器和換能器之間的匹配電路。如圖1所示,超聲波發(fā)生器產(chǎn)生一定高頻電能提供給超聲換能器,由超聲換能器將電能量轉(zhuǎn)化成機械能,然后通過超聲波聚能器將機械能放大,將聲能作用在待處理的物質(zhì)上。超聲波的生物效應(yīng)應(yīng)用十分廣泛,其主要的生物效應(yīng)是源于空化作用引起的機械效應(yīng)和熱效應(yīng)等。超聲波處理與加工的基本原理主要是利用液體動力學(xué)的空化現(xiàn)象。超聲空化是指超聲波激活氣泡的各種動力表現(xiàn),這些表現(xiàn)可能是較為有規(guī)律而緩和的穩(wěn)態(tài)空化或者是很激烈而短暫的瞬態(tài)空化。瞬態(tài)空化泡絕熱收縮至崩潰瞬間,泡內(nèi)可呈現(xiàn)高溫和幾千個大氣壓的高壓,并伴有強大的沖擊波或射流等。超聲波的輻照因其機械作用,能使液體媒質(zhì)質(zhì)點運動增強,質(zhì)量傳輸加速,還能影響邊界層、膜、細(xì)胞壁和液泡。超聲的空化作用還能破壞細(xì)胞并使酶變性等。以下所舉的超聲波在農(nóng)業(yè)中的一些新應(yīng)用基本上都是循著上述的基本原理而實現(xiàn)的。

1.2超聲測定土壤中的鉛[1]

鉛是一種對人體有害的元素,它是土壤分析中的常測元素。采用懸浮液直接進(jìn)樣火焰原子吸收光譜法測定土壤中的鉛時,由于土壤樣品的取樣量大,使得懸乳液的粘度大、不易分散均勻而影響進(jìn)樣的缺點。采用先用超聲波處理懸浮液后進(jìn)樣的方法,可使進(jìn)樣順利和使懸浮液穩(wěn)定時間延長;十二烷基硫酸鈉(SDS)增敏可以提高懸浮液直接進(jìn)樣火焰原子吸收光譜法測定的靈敏度。該方法快速、簡單、準(zhǔn)確,適用于各種土壤樣品中鉛的測定。

1.3超聲處理種子

應(yīng)用超聲波處理種子,早在前蘇聯(lián)就已有了不少研究。根據(jù)外國文獻(xiàn)所載,少量的超聲波能刺激細(xì)胞分裂,中等量的超聲波會抑制細(xì)胞分裂,大量的能引起細(xì)胞死亡。在上世紀(jì),就有人用超聲波對菠菜和白菜種子進(jìn)行實驗。其實驗結(jié)果顯示,在對白菜種子用超聲波處理1分鐘和2分鐘時,其種子的發(fā)芽率為92%~96%,而未用超聲波處理的白菜種子發(fā)芽率為88%。在對菠菜種子用超聲波處理1分鐘后,其出土率為85%,而未用超聲波處理的菠菜種子出土率為40%[2]。用超聲波處理的種子在日后增產(chǎn)也比較顯著。低頻脈沖超聲波對小麥幼苗變異較明顯。經(jīng)超聲波照射的水培變異幼苗,出現(xiàn)率為8.57±8.25%,對照的自然變異出現(xiàn)率為1.00±1.28%;田間種植變異幼苗出現(xiàn)率為18.21±2.54%,對照的自然變異出現(xiàn)率為14.58±2.59%。經(jīng)照射的咸農(nóng)68小麥單株粒重超過親本的家系達(dá)55.17%,超親達(dá)1%顯著水準(zhǔn)占超親家系87.50%。經(jīng)照射的四方穗小麥,單株粒重超親家系達(dá)69.23%,達(dá)到1%顯著水準(zhǔn)的超親家系占77.78[3]。

1.4超聲處理對植物生長的影響

與其他環(huán)境應(yīng)力一樣,超聲波作為應(yīng)力的一種作用形式,對植物的生長發(fā)育有重要的影響。近年來,在超聲處理下,從對植物生長變化的宏觀觀察到對植物生理生化的研究,從對植物細(xì)胞、組織、分裂生長的影響研究到對超聲處理對植物作用機理的探討,均取得了很多的成效。超聲處理可以影響植物體或者某些器官的生存和生長。對器官生長影響的研究主要集中在根上,溫和的超聲處理能促進(jìn)生根[4]。植物細(xì)胞經(jīng)超聲波處理,出現(xiàn)了一致現(xiàn)象,即低劑量、短時間的溫和處理能明顯加速和誘導(dǎo)植物細(xì)胞的分裂,刺激細(xì)胞生長,加速原生質(zhì)體的蛋白合成;而處理時間延長,處理劑量加大則會造成負(fù)面的不可恢復(fù)的影響。利用超聲波對保鮮液處理,能使插花推遲鮮重始降時間,增大最大花莖,延長插花壽命[5,6]。可見,一定頻率和強度的超聲波處理可以強化植物的一些生理生化指標(biāo),促進(jìn)植物的生長發(fā)育。

1.5超聲處理對植物呼吸作用的影響

關(guān)于植物呼吸作用的研究一直是植物生理學(xué)研究的一個熱點,特別對農(nóng)作物來說,其呼吸作用的大小直接關(guān)系到產(chǎn)量的高低,所以它的研究對農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有十分重要的理論和實際意義。1975年AlbuE研究發(fā)現(xiàn)低頻率超聲波(25kHz)處理蔬菜之后,一年生植物(如番茄和黃瓜)的呼吸強度下降,而兩年生植物(如卷心菜和洋蔥)的呼吸強度上升[7]。自此我們可以推測,利用超聲處理相關(guān)的農(nóng)作物可以提高作物的產(chǎn)量。

1.6超聲波犁田

傳統(tǒng)的翻地犁需要笨重的機器牽引,這不僅會壓實深層的土壤,使其不能保持水分和養(yǎng)料;而且翻起的地表土?xí)伙L(fēng)和雨水侵蝕。這是許多農(nóng)民的一大心病。此外,由于多次的翻犁,植物的根以及腐爛的殘留植物被翻出地表,他們會散發(fā)出二氧化碳?xì)怏w。約旦的農(nóng)機工程師奈達(dá)•阿布哈德發(fā)明了利用超聲波松土。他的實驗結(jié)果顯示:松土可達(dá)土壤深度20cm。這完全滿足了一般農(nóng)作物的松土深度。

1.7超聲處理植物根系[8]

糖類是植物體內(nèi)的主要成分之一,可溶性糖主要指的是單糖和低聚糖。磷酸單糖在植物細(xì)胞中的含量不高,但它們都是光合作用及呼吸作用過程中的主要中間產(chǎn)物,在代謝過程中極為重要。經(jīng)超聲波刺激后,根系中的可溶性糖含量比對照組高大約29.6%。豐富的蛋白質(zhì)是細(xì)胞進(jìn)行一系列生理活動的物質(zhì)基礎(chǔ),經(jīng)過超聲波刺激后,根系中的可溶性蛋白增加了35.3%,高水平的可溶性蛋白質(zhì)含量保證了細(xì)胞旺盛的分裂生長能力,這說明了經(jīng)過超聲波刺激后,植物根部細(xì)胞分裂旺盛,生長能力強。

1.8超聲除蟲[9]

及促進(jìn)蠶卵孵化用250W-CFS超聲波發(fā)生器(中原電子儀器廠出品)匹配自帶的清洗槽,果實內(nèi)已生有蟲子的板栗浸在清洗槽里的自來水中,在19.5~20.5kHz下,開機處理15min,結(jié)束后去水晾干,保存2周。切開板栗果實檢查,長10mm左右的幼蟲仍存活,而6mm以下的幼蟲死亡。加長處理時間,蟲子的死亡率基本一致。另外,有人曾用類似的方法及設(shè)備處理過蠶卵(約半分鐘內(nèi)),直接結(jié)果是蟻蠶的孵化時間達(dá)到基本一致;追蹤結(jié)果為比同樣條件下長大的成蟲做的蠶繭的抽絲率提高。也曾有人試圖用超聲處理水果(蘋果、梨等)中害蟲,但大多無果而終。

2有待解決的問題

超聲波應(yīng)用于農(nóng)業(yè)是一個相對較早的研究領(lǐng)域,但目前還沒有推廣使用,仍處于探索階段,要使之進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)主要從以下幾個方面努力。

2.1理論研究完善問題

超聲波產(chǎn)生的生物效應(yīng)不僅與生物組織受輻照的總劑量有關(guān),更重要的是與照射劑量在空間與時間的分配有關(guān)。對于不同生物組織,這些關(guān)系有所不同。由于影響因素很多,目前取得的一些實驗結(jié)果重復(fù)性尚不能令人滿意,規(guī)律性仍有待探索,因而這方面的研究尚有大量工作要做。

2.2放大問題

目前,有關(guān)超聲波產(chǎn)生的生物效應(yīng),雖然已在處理量小的情況下應(yīng)用,但大多屬于實驗室研究,還缺乏放大使用的中間數(shù)據(jù);反映過程的定量化描述,還沒有規(guī)范化和定量化的尺度,故在超聲波刺激生物的生物效應(yīng)及機理、反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)器的放大設(shè)計仍需要做大量的、充分的研究工作。

2.3協(xié)同性問題

雖然超聲波在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面具有極大優(yōu)勢,但超聲波對生物體的作用是多方面的,這決定于超聲波的頻率、強度和作用時間。高強度的超聲波會破碎細(xì)胞,使酶失活。而低強度的超聲波可以促進(jìn)細(xì)胞生長,增加酶活性,這使得超聲波在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用具有雙重性。所以,要使超聲處理生物體從理論角度來看更合理,應(yīng)將超聲處理與其它處理技術(shù)聯(lián)合使用,這樣從技術(shù)上可行,經(jīng)濟上更為合理。

3超聲波在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的前景展望

3.1新型高效換能器的出現(xiàn)

磁致伸縮材料是傳統(tǒng)的超聲換能器材料,由于其性能穩(wěn)定、功率容量大及機械強度好等優(yōu)點,至今仍在一些特殊領(lǐng)域被繼續(xù)應(yīng)用,但也有換能器的能量轉(zhuǎn)換效率較低、激發(fā)電路復(fù)雜以及材料加工較困難等不足之處。隨著壓電陶瓷材料的大規(guī)模推廣應(yīng)用,在一個時期內(nèi)磁致伸縮材料有被壓電材料替代的跡象。然而,隨著一些新型的磁致材料的出現(xiàn),如鐵氧體、稀土超磁致伸縮材料以及鐵磁流體換能器材料等,磁致伸縮換能器又受到了人們的重視?？梢灶A(yù)見,隨著材料加工工藝的提高以及成本的降低,一些新型的磁致伸縮材料將在水聲以及超聲等領(lǐng)域中獲得廣泛的應(yīng)用[10]。目前,超聲換能器的工作頻率從常用的低頻率(20kHz)發(fā)展到較高頻率(幾百千甚至數(shù)兆赫茲數(shù)量級),且換能器的工作頻率也從單一的工作頻率發(fā)展到多個工作頻率。另外,由于材料科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展,新型的壓電材料也被研制出來。此外,新型的稀土超磁致伸縮材料的成功研制也為新型的磁致伸縮換能器的研制打下了堅實的基礎(chǔ)。這些新型高效的換能器的成功研制必將使超聲技術(shù)的應(yīng)用范圍擴大。

超聲波的基本原理范文第4篇

【關(guān)鍵詞】TOFD檢測技術(shù)基本原理應(yīng)用

【 abstract 】 TOFD technology as a relatively new ultrasonic testing technology, different from past conventional ultrasonic technology, it is in the use of solid sound velocity the fastest longitudinal wave in at the end of the defects of the diffraction energy to produce testing. This paper analyses the TOFD detection technology basic theory and application.

【 key words 】 TOFD detection technology basic principle is applied

中圖分類號：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

TOFD技術(shù)作為一種較新的超聲檢測技術(shù), 不同于以往的常規(guī)超聲技術(shù), 它利用的是在固體中聲速最快的縱波在缺陷端部產(chǎn)生的衍射能量來進(jìn)行檢測。在焊縫兩側(cè), 將一對頻率、尺寸和角度相同的縱波斜探頭相向?qū)ΨQ放置, 一個作為發(fā)射探頭,另一個作為接受探頭。發(fā)射探頭發(fā)射的縱波從側(cè)面入射被檢焊縫斷面。在無缺陷部位,接收探頭會接收到沿試件表面?zhèn)鞑サ闹蓖úê偷酌娣瓷洳?。?dāng)有缺陷存在時,在上述兩波之間, 接收探頭會接收到缺陷上端部和下端部的衍射波信號(如圖1)。A掃射頻信號用在TOFD上面可以觀察各個波形的相位關(guān)系,假設(shè)直通波相位為正-負(fù)-正, 那么底面反射波的相位則正好相反為負(fù)-正-負(fù), 在缺陷上端點處形成的相位與直通波相位相反, 為負(fù)-正-負(fù), 下端點處的相位與直通波相位相同, 為正-負(fù)-正。進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄時使用灰度圖成像,因為TOFD衍射信號非常弱, 可能在一個獨立的A掃中不容易觀察, 但是在灰度圖B掃描顯示中,這些信號通常很容易識別, 這樣可以提高工作效率。

一、TOFD檢測設(shè)備的基本組成

TOFD檢測設(shè)備包括電子儀器、掃查器、超聲波探頭和校準(zhǔn)試塊。其中掃查器、探頭和試塊都是TOFD檢測儀器的功能延伸。試塊用來校準(zhǔn)檢測對象用的儀器、探頭和掃查器的設(shè)置; 掃查器的功能是夾持探頭使之保持一定的相對位置, 沿預(yù)定的(符合儀器參數(shù)模型的) 軌跡進(jìn)行掃查, 傳感探頭掃查的位置信息; 探頭負(fù)責(zé)將儀器的發(fā)射電脈沖轉(zhuǎn)換成超聲波脈沖信號進(jìn)入檢測工件, 并將缺陷衍射的超聲波轉(zhuǎn)換為電信號傳給檢測儀器。

二、TOFD技術(shù)的應(yīng)用

TOFD主要用于缺陷檢測, 缺陷定量十分精確,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)手工超聲波檢測。一般其對線性缺陷或面積型缺陷的測量誤差小于1mm, 對裂紋、未熔合缺陷高度測量誤差只有零點幾毫米。另外,TOFD技術(shù)還用于缺陷擴展的監(jiān)控, 是有效且能精確測量出裂紋增長的方法之一。TOFD檢測的一般工藝如下。

1、了解被檢工件

如母材厚度、焊縫結(jié)構(gòu)、材料晶粒度、歷史缺陷等。

2、探頭選擇

根據(jù)母材厚度選擇探頭角度、頻率、晶片尺寸、通道數(shù)。

探頭角度小, 直通波與底面波的時間間隔大, 分辨率高, 深度測量精度高; 而探頭角度大, 掃查覆蓋范圍大。故對薄板工件宜選擇大角度探頭, 而對厚板工件宜選擇小角度探頭, 壁厚超過50mm的宜選擇多通道同時掃查。

頻率越高, 直通波和底面波的時間間隔內(nèi)包含的信號周期越多, 深度分辨率就越高, 至少要達(dá)到20個周期才可獲得滿意的分辨率, 但波的衰減和散射也隨之增大, 故不能一味增加頻率。

晶片尺寸和頻率決定聲束的擴散角大小, 從分辨率和聲束強度考慮, 應(yīng)選擇高頻率和大直徑探頭,而在掃查缺陷時考慮聲束覆蓋范圍就應(yīng)選擇低頻率、小直徑探頭, 當(dāng)對缺陷尺寸測量時要更多地考慮分辨率。一般選擇探頭時宜采用的參數(shù)見表1。

3、 PCS的選擇

PCS即每對探頭的中心間距,使用2t/ 3法則, 使探頭聲束中心聚焦在2t/ 3處, 確定探頭間距。在特定區(qū)域掃查時也可以把PCS設(shè)置為某一數(shù)值, 使焦點位于指定深度。完成以上步驟后將探頭固定在掃查架上, 在測量PCS時應(yīng)從2個探頭的入射點算起（見圖2）。PCS值=2S=2d x tanα=4D/ 3 x tanα。

圖2計算示意圖

4、設(shè)置TOFD參數(shù)

按照設(shè)備操作說明逐步將所選通道、探頭角度、數(shù)字化頻率、探頭間距、檢測厚度、增益設(shè)置、時間閘門等參數(shù)輸入軟件系統(tǒng), 并仔細(xì)核對是否有誤, 以免系統(tǒng)計算結(jié)果錯誤。

5、校準(zhǔn)

這是非常重要的一步, 決定著缺陷尺寸測量的精度?？梢杂迷噳K或工件無缺陷處進(jìn)行校準(zhǔn), 檢查被檢工件厚度的TOFD測量值與實際值是否相符, 也直接校準(zhǔn)了測量工具的零點。

6、掃查

可以手動掃查或使用自動掃查器, 掃查時探頭與工件表面要耦合良好, 掃查架應(yīng)有足夠彈性保證探頭間距不變, 要保證直的掃查線, 速度要均勻。掃查分為與聲束垂直方向的非平行掃查( D掃描) 和與聲束同一方向的平行掃查( B掃描) 。

掃查完畢數(shù)據(jù)采集過程即結(jié)束, 為保證采集到清晰的圖像可做多次掃查, 取效果好的圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。以下是對某電廠在用汽包缺陷進(jìn)行TOFD檢測的過程及結(jié)果。

某電廠66萬kW電站鍋爐已運行13年, 汽包環(huán)焊縫存在制造遺留缺陷。在早期的定期檢驗中用常規(guī)超聲波模擬機進(jìn)行過檢測, 缺陷大約長370mm, 中間有30mm間斷, 埋藏深度大約為80mm,每次定期檢驗都要對缺陷重新檢測以確認(rèn)是否擴展。本次檢驗除用常規(guī)數(shù)字超聲儀檢測外, 還采用TOFD檢測技術(shù), 對缺陷精確測長和測高, 以方便以后檢測時進(jìn)行缺陷尺寸對比。

檢測時采用的是美國產(chǎn)TOFD設(shè)備, 探頭為5MHz, 針對該缺陷直接采用單通道, 角度為550, 探頭間距PCS值= 2 x 80 x tan55= 228. 5mm, 晶片直徑為6mm, 數(shù)字化采樣率為125MHz, 手動非平行掃查。汽包環(huán)焊縫掃查過程圖片見圖3, TOFD檢測的缺陷圖像見圖4。

圖3汽包環(huán)焊縫掃描過程圖片

圖4TOFD檢測的缺陷圖像

三、圖像數(shù)據(jù)分析

在TOFD檢測中, 可以說數(shù)據(jù)采集是一個相對簡單的工作, 最重要和最困難的是對數(shù)據(jù)進(jìn)行正確分析。對TOFD檢出的任何缺陷信號, 都應(yīng)有缺陷位置、長度、深度、高度、缺陷類型等參數(shù)的描述。

1、缺陷定量

（1）測長

與常規(guī)超聲波缺陷的測長不同, TOFD圖像中缺陷的兩端由于波束擴散信號形成弧形, 因此在測量缺陷長度時采用特殊的拋物線指針, 讓拋物線與圖像的弧形相吻合, 此時指針的中心線對應(yīng)缺陷的端點。當(dāng)然這種測量方法對平行于工件表面的缺陷長度測量比較精確, 而對于有曲線外形的缺陷長度測量誤差較大。

（2）測高

根據(jù)圖像的灰白顏色代表的正負(fù)相, 對照A掃描波形顯示, 使一個指針放在圖像上端點的負(fù)相, 另一指針放在下端點的正相, 此時顯示的差值就是缺陷高度, 深度自然也就知道了。

2、缺陷定位

在常規(guī)超聲波檢測中, 缺陷的定位是通過測量缺陷距離探頭前沿的位置確定的, 而TOFD檢測中, 在進(jìn)行D掃描時得到的圖像是最短時間的聲程, 是在2個探頭的中心線上。為確定缺陷相對焊縫中心線的距離, 還需進(jìn)行B掃描得到缺陷的精確數(shù)據(jù), 從而測量缺陷在焊縫的位置。

3、缺陷定性

跟常規(guī)超聲波檢測一樣, TOFD技術(shù)對于缺陷的定性比較困難, 這需要檢測人員除了信號特征外還要了解盡可能多的工件及焊縫背景知識。對于有自身高度的內(nèi)部缺陷, 觀察其上下尖端的衍射信號的相位很重要, 上下尖端的相位是相反的。

參考文獻(xiàn)：

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超聲波的基本原理范文第5篇

【關(guān)鍵詞】超聲波測距；LCD12864；發(fā)射器；接收器；單片機

1.引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超聲波測距也越來越起到很大的作用。由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如車輛上安裝了超聲波，給停車、避障提高了準(zhǔn)確性，減少了交通事故的發(fā)生；如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。也可用于液位、井深、管道長度的測量等場合。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制并且在測量精度方面也能達(dá)到工業(yè)實用的要求

2.模塊介紹

2.1 超聲波測距模塊介紹

超聲波測距模塊可以直接購買如圖1所示的模塊，其模塊有4個引腳輸出，Vcc供5V電源，TRIG為觸發(fā)控制輸入端，ECHO為回響信號輸出端，GND為地線。

該超聲波測距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，模塊內(nèi)部包含了超聲波發(fā)射器，接收器與控制電路。使用時，只要根據(jù)時序圖，用程序來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及顯示。

2.2 LCD12864顯示模塊介紹

液晶顯示模塊是128*64點陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，課顯示漢字及圖形，內(nèi)置國標(biāo)GB2312碼簡體中文字庫（16*16點陣）、128個字符（8*16點陣）及64*256點陣顯示（GDRAM）?？膳cCPU直接接口，提供并行與串行兩種連接方式，但我們一般采用并行傳輸方式，和單片機的連接圖如圖3所示，具體使用可參考LCD12864的使用說明書，按照指令的要求去編寫程序來實現(xiàn)實時顯示。特別強調(diào)的是：

（1）當(dāng)模塊在接受指令前，先檢查內(nèi)部是否處于非忙碌狀態(tài)，即讀取BF標(biāo)志，標(biāo)志為0時，方可接受新的指令，可以專門用一個判斷是否忙的函數(shù)來檢測。程序模塊如下：

（2）欲在某一個位置顯示中文字符時，應(yīng)先設(shè)定顯示字符位置，即先設(shè)定顯示地址，再寫入中文字符編碼。

（3）顯示ASCII字符過程與顯示中文字符過程相同。不過在顯示連續(xù)字符時，只須設(shè)定一次顯示地址，由模塊自動對地址加1指向下一個字符位置，否則，顯示的字符中將會有一個空ASCII字符位置。

（4）當(dāng)字符編碼為2字節(jié)時，應(yīng)先寫入高位字節(jié)，再寫入低位字節(jié)。

漢字的顯示坐標(biāo)如表1所示，定義顯示值時，在程序編寫時要設(shè)置好。

具體實施時，只要給出兩個參數(shù)，即可在相應(yīng)位置顯示，程序代碼如下：其中y表示第幾行，x表示起始行位置。

有了以上這些基本的簡介后，我們就可以很容易根據(jù)LCD12864的說明書，分別寫出寫指令寫函數(shù)等，然后把超聲波測出的距離值實時代入給液晶顯示函數(shù)，從而實時顯示出超聲波測出的前方障礙物的距離值。

3.超聲波測距并顯示的硬件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)框架圖（如圖2所示）

3.2 單片機與超聲波模塊連接并顯示的原理圖

其原理圖很簡單，就是單片機的最小系統(tǒng)模塊加常用的LCD12864顯示模塊，還有就是超聲波測距模塊的4個引腳，具體原理圖如圖3所示。

3.3 超聲波測距的工作時序圖

有了系統(tǒng)框圖及原理圖和超聲波的工作時序圖（如圖4），我們就很容易利用單片機來實時測距并實時顯示。以上時序圖表明單片機在控制時只需要提供一個10uS以上的脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部講發(fā)出8個40Kz周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回波信號?；仨懶盘柕拿}沖寬度與所測的距離成正比。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號的時間間隔可以計算得到距離。對于12864的顯示原理及顯示時序在此不再詳述。

4.超聲波測距原理及軟件設(shè)計

超聲波測距的基本原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時間，根據(jù)發(fā)射和接收的時間差計算出發(fā)射點到障礙物的實際距離。由此可見，超聲波測距原理與雷達(dá)原理是一樣的。首先給TRIG端觸發(fā)測距，給至少10uS的高電平信號，以此來觸發(fā)內(nèi)部的發(fā)射器產(chǎn)生40KHz的超聲波，同時單片機不斷檢測是否有回波，當(dāng)一檢測到回波信號是高電平，馬上啟動定時，開始計時，同時開中斷，通過ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。所以測量距離為：

測量距離=（時間*聲速（340M/S））/2具體流程圖如圖5。

建議測量周期在60ms以上。計算是取出的值如何轉(zhuǎn)換，首先把定時器的值取出合并，然后根據(jù)晶振值換算出距離公式，具體程序模塊如下：

注意事項：

（1）在使用時，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。

（2）此模塊不宜帶電連接，若要帶電連接，則先讓模塊的接地端接地。

（3）測距時，被測物體的面積不少于0.5平方米且平面盡量要求平整，否則影響測量結(jié)果。

（4）由于超聲波有測量盲區(qū)的固有特性，因此，如果近距離測量時，當(dāng)測量位置發(fā)生變化而接收到的數(shù)據(jù)不變時，說明進(jìn)入了測量盲區(qū)。

（5）模塊在測量遠(yuǎn)處物體時，如果沒有測量數(shù)據(jù)返回，可能是超出測量范圍，或是測量角度不對?？梢赃m當(dāng)調(diào)整測量角度。

5.結(jié)語

本設(shè)計軟件采用模塊化設(shè)計，硬件設(shè)計簡單實用利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，所以超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)，在移動機器人小車上經(jīng)常加個舵機，利用超聲波測距就可以很容易實現(xiàn)超聲波避障小車。超聲波測距將會應(yīng)用在越來越多的領(lǐng)域，也會帶來更多的便利。

參考文獻(xiàn)

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