超聲波的基本原理精選(九篇)

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第1篇：超聲波的基本原理范文

    油田采出水中含高達(dá)1000-2000mg/L的油,8×104~14×104mg/L的礦化度,大量的懸浮固體顆粒(主要是粘土顆粒、砂粒、粉砂等10-100μm的小粒徑物質(zhì)),細(xì)菌,膠體,重金屬等其他物質(zhì);水溫通常在40-80℃,且易受酸堿影響而改變PH值,處理難度較大,直接排放會對環(huán)境造成影響。目前在原油開采過程中,需注入大量的清水到儲油層。如對采出水進(jìn)行處理并用于回注則可以減少用水量,帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益,減少對環(huán)境的危害。

    2超濾超聲技術(shù)在油田廢水處理中的應(yīng)用

    2.1膜技術(shù)的優(yōu)勢及超濾的基本原理與傳統(tǒng)水處理工藝相比,由于膜技術(shù)具有高效,用藥量少、操作簡單、運行維護(hù)費用低且不產(chǎn)生副產(chǎn)品等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用。當(dāng)含有大、小分子兩類溶質(zhì)的溶液流過膜表面時,溶劑和小分子溶質(zhì)將透過膜,作為濾出液被收集起來而大分子溶質(zhì)(如有機(jī)膠體等)則作為濃縮液被膜截留下來。在我國用超濾處理油田采出水已獲得了較好的效果并可滿足回注水的基本要求。

    2.2超聲波清洗的基本原理超聲波是一種頻率高達(dá)2000赫茲的聲波,研究中發(fā)現(xiàn)對液體使用足夠強的聲波可以使其出現(xiàn)空化現(xiàn)象。同時超聲波在傳播中如遇不同的介質(zhì)會產(chǎn)生速度差,從而在不同界面上產(chǎn)生剪切力將界面間的附著物剝離,實現(xiàn)動態(tài)化清理。另外,超聲波不受污染物顆粒大小的影響,從而保證了清洗的效果,同時在運行中可以對頻率進(jìn)行調(diào)控,安全可靠,清洗速度較快。

    2.3超濾膜結(jié)合超聲波等工藝的流程設(shè)計對于圖中的傳統(tǒng)工藝我們不再做說明,只對其中的超濾超聲系統(tǒng)做簡單的介紹。1)超濾膜-超聲波組合系統(tǒng)主要是用超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波作為清理超濾膜組件的主要措施,以此簡化膜組件,減少沖洗程序。用超聲波的空化效果、振動效果對污染物進(jìn)行清理,同時也可起到殺菌作用,這樣可以增強超濾膜的處理效率,延長其使用壽命。2)膜材料的選擇在應(yīng)用中需對采出水的水質(zhì)進(jìn)行分析,利用試驗確定不同條件下何種膜材料對工藝的適應(yīng)性強。目前采用納米A1203改性聚偏氟乙烯超濾膜進(jìn)行研究的較多。3)超聲波裝置及超聲強度的設(shè)定利用不同的換能器可以組合成不同的超聲波化學(xué)反應(yīng)器,通常可用的有非變幅輻射式超聲波化學(xué)反應(yīng)器或者變幅輻射式超聲化學(xué)反應(yīng)器、管道式生化反應(yīng)器等。在具體的應(yīng)用中可以采用探頭式與管道式反應(yīng)器結(jié)合的方式,以此適應(yīng)采出水處理的工藝需求。研究發(fā)現(xiàn),超聲波頻率與空化閾值關(guān)系密切,頻率越高則閾值越大增加也越快,15KHz時的空化閾值為0.5-2.0atm,可見超聲波頻率是影響氣泡運動的關(guān)鍵。當(dāng)超聲波頻率小于氣泡諧振時氣泡才能消除;當(dāng)頻率超過氣泡諧振時氣泡出現(xiàn)復(fù)雜振動效果,而不消除,因此選擇低頻率(200KHz)超聲波有利于空化的效果。超聲波的強度大于液體本身空化閾值時才會產(chǎn)生空化,強度越大則越容易產(chǎn)生空化,在液體中產(chǎn)生的清潔作用也越好。超聲強度取決于超聲的功率和超聲覆蓋面積,而這主要取決與換能器的形式與材料,因此在使用中應(yīng)對其進(jìn)行試驗分析,作出準(zhǔn)確選擇。

第2篇：超聲波的基本原理范文

1研究背景

油田采出水中含高達(dá)1000-2000mg/L的油，8×104～14×104mg/L的礦化度，大量的懸浮固體顆粒（主要是粘土顆粒、砂粒、粉砂等10-100μm的小粒徑物質(zhì)），細(xì)菌，膠體,重金屬等其他物質(zhì)；水溫通常在40-80℃，且易受酸堿影響而改變PH值，處理難度較大，直接排放會對環(huán)境造成影響。目前在原油開采過程中，需注入大量的清水到儲油層。如對采出水進(jìn)行處理并用于回注則可以減少用水量，帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益，減少對環(huán)境的危害。

2超濾超聲技術(shù)在油田廢水處理中的應(yīng)用

2.1膜技術(shù)的優(yōu)勢及超濾的基本原理與傳統(tǒng)水處理工藝相比，由于膜技術(shù)具有高效，用藥量少、操作簡單、運行維護(hù)費用低且不產(chǎn)生副產(chǎn)品等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用。當(dāng)含有大、小分子兩類溶質(zhì)的溶液流過膜表面時，溶劑和小分子溶質(zhì)將透過膜，作為濾出液被收集起來而大分子溶質(zhì)（如有機(jī)膠體等）則作為濃縮液被膜截留下來。在我國用超濾處理油田采出水已獲得了較好的效果并可滿足回注水的基本要求。

2.2超聲波清洗的基本原理超聲波是一種頻率高達(dá)2000赫茲的聲波，研究中發(fā)現(xiàn)對液體使用足夠強的聲波可以使其出現(xiàn)空化現(xiàn)象。同時超聲波在傳播中如遇不同的介質(zhì)會產(chǎn)生速度差，從而在不同界面上產(chǎn)生剪切力將界面間的附著物剝離，實現(xiàn)動態(tài)化清理。另外，超聲波不受污染物顆粒大小的影響，從而保證了清洗的效果，同時在運行中可以對頻率進(jìn)行調(diào)控，安全可靠，清洗速度較快。

2.3超濾膜結(jié)合超聲波等工藝的流程設(shè)計對于圖中的傳統(tǒng)工藝我們不再做說明，只對其中的超濾超聲系統(tǒng)做簡單的介紹。1）超濾膜-超聲波組合系統(tǒng)主要是用超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波作為清理超濾膜組件的主要措施，以此簡化膜組件，減少沖洗程序。用超聲波的空化效果、振動效果對污染物進(jìn)行清理，同時也可起到殺菌作用，這樣可以增強超濾膜的處理效率，延長其使用壽命。2）膜材料的選擇在應(yīng)用中需對采出水的水質(zhì)進(jìn)行分析，利用試驗確定不同條件下何種膜材料對工藝的適應(yīng)性強。目前采用納米A1203改性聚偏氟乙烯超濾膜進(jìn)行研究的較多。3）超聲波裝置及超聲強度的設(shè)定利用不同的換能器可以組合成不同的超聲波化學(xué)反應(yīng)器，通?？捎玫挠蟹亲兎椛涫匠暡ɑ瘜W(xué)反應(yīng)器或者變幅輻射式超聲化學(xué)反應(yīng)器、管道式生化反應(yīng)器等。在具體的應(yīng)用中可以采用探頭式與管道式反應(yīng)器結(jié)合的方式，以此適應(yīng)采出水處理的工藝需求。研究發(fā)現(xiàn)，超聲波頻率與空化閾值關(guān)系密切，頻率越高則閾值越大增加也越快，15KHz時的空化閾值為0.5-2.0atm，可見超聲波頻率是影響氣泡運動的關(guān)鍵。當(dāng)超聲波頻率小于氣泡諧振時氣泡才能消除；當(dāng)頻率超過氣泡諧振時氣泡出現(xiàn)復(fù)雜振動效果，而不消除，因此選擇低頻率（200KHz）超聲波有利于空化的效果。超聲波的強度大于液體本身空化閾值時才會產(chǎn)生空化，強度越大則越容易產(chǎn)生空化，在液體中產(chǎn)生的清潔作用也越好。超聲強度取決于超聲的功率和超聲覆蓋面積，而這主要取決與換能器的形式與材料，因此在使用中應(yīng)對其進(jìn)行試驗分析，作出準(zhǔn)確選擇。

第3篇：超聲波的基本原理范文

關(guān)鍵詞：超聲波；微波；中藥提??；有效成分

超聲波和微波技術(shù)是中藥有效成分提取中的重要技術(shù)方式，在中藥及天然植物研究生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，一定程度上提高了中藥有效成分提取率，節(jié)約提取時間，優(yōu)化分離與制備工藝效果，并且能夠?qū)χ兴幱行С煞诌M(jìn)行科學(xué)化保護(hù)。此種情況下，加大力度探討超聲波和微波技術(shù)對中藥有效成分提取的實際影響，具有一定重要性。

1 超聲波作用基本原理

1.1 空化作用

在進(jìn)行相關(guān)的超聲波時，只有少量的小型氣泡會發(fā)生相應(yīng)的共振現(xiàn)象，在這些小型的氣泡在一定的程度下會發(fā)生不斷變大的現(xiàn)象，在相關(guān)的超聲波壓縮時，小型的氣泡還會發(fā)生相應(yīng)的破滅，這種破滅在一定程度上會導(dǎo)致小型氣泡內(nèi)部發(fā)生相關(guān)的溫度升高和壓強升高的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象通常稱為氣化作用。

1.2 熱效應(yīng)

在相關(guān)的實踐上可以知道相關(guān)的超聲波的介入在一定程度上會導(dǎo)致相關(guān)的內(nèi)摩擦發(fā)生消耗，這種消耗會導(dǎo)致相關(guān)的分子內(nèi)部的運動速度變快，從而引起相關(guān)的溫度升高。而且相關(guān)的實踐可以表明，超聲波的強度與相關(guān)的溫度是一種正比的關(guān)系，這也就是說在相關(guān)超聲波的強度不斷增強的過程中會發(fā)生分子內(nèi)部溫度不斷升高的過程。

1.3 機(jī)械作業(yè)

超聲波可以使常溫常壓不能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)在空化作用下發(fā)生，甚至使非常堅硬的固體被粉碎?？刂埔欢ǖ某曨l率和強度，空化作用產(chǎn)生的極大壓力造成生物細(xì)胞壁及整個生物體破裂，而且整個破碎過程在瞬間完成，同時超聲波產(chǎn)生的振動作用加強了胞內(nèi)物質(zhì)的釋放、擴(kuò)散及溶解。被浸提的物質(zhì)在被破碎瞬間生物活性保持不變，同時提高破碎速度和提取率。超聲作用還可激活某些酶與細(xì)胞參與的生理化學(xué)過程，通過改變反應(yīng)物的質(zhì)量傳輸機(jī)制，提高酶的活性，加速細(xì)胞新陳代謝過程。

2 中藥有效成分提取的影響因素分析

2.1 超聲波強度

在中藥有效成分提取過程中，超聲波強度是一項重要的影響因素，相關(guān)研究實踐表明，在超聲波強度達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后會產(chǎn)生強烈的空化作用，從而對中藥有效成分提取效果產(chǎn)生一定影響。由于不同的中藥物質(zhì)內(nèi)所含的物質(zhì)成分存在一定差異，因此即便是在相同的超聲波強度下，也可能出現(xiàn)不同的藥物提取率。為保證中藥有效成分提取的有效性，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步研究超聲波強度對中藥有效成分提取的實際影響，以推進(jìn)中藥提取事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

2.2 超聲波頻率

就中藥有效成分提取的實際情況來看，超聲波頻率對中藥有效成分提取有著至關(guān)重要的影響，超聲波基本原理與相應(yīng)超聲波之間存在密切的關(guān)聯(lián)，通過超聲波頻率將其相關(guān)功能顯示出來，超聲波的頻率與相關(guān)氣化作用之間呈現(xiàn)反比例態(tài)勢，此種情況下，在不加熱條件在開展中藥有效成分提取時，可以單純通過相關(guān)超聲波實現(xiàn)中藥提取，由此可知超聲波頻率對于中藥有效成分提取具有重要影響。

2.3 超聲時間與提取率

在中藥有效成分提取過程中，超聲提取法操作便捷，無需加熱，收率速度快，節(jié)約中藥有效成分提取時間，提高整體工作效率。在中藥有效成分提取工作中，超聲提取時間與提取率對中藥有效成分存在較大影響，并且逐漸受到中藥提取行業(yè)相關(guān)人士的廣泛關(guān)注。相關(guān)實踐研究表明，中藥有效成分提取率與超聲作用時間存在密切聯(lián)系，隨著超聲作用時間的增加，中藥有效成分提取率也明顯提高名，但超聲提取時間達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后，若超聲時間繼續(xù)延長，其中藥有效成分提取率的增加速度放緩。直至超聲提取時間達(dá)到極限值后，中藥有效成分提取率與超聲作用時間呈反比例關(guān)系，隨著超聲提取時間的延長，中藥有效成分提取率隨之減小。為保證中藥有效成分提取的有效性，應(yīng)當(dāng)結(jié)合不同超聲作用體系合理選取超聲參數(shù)，以確保中藥有效成分提取工作的順利高效開展。

2.4 溶劑浸漬時間

在中藥有效成分提取工作中，將藥材浸入一定溶劑內(nèi)浸漬一段時間后，運用超聲處理技術(shù)能夠有效提取出植物中的大部分有效成分，切實提高有效成分在溶劑中的溶解度，從而切實提高中藥有效成分提取率。微波技術(shù)與超聲波技術(shù)在中藥有效成分提取中均發(fā)揮著重要的應(yīng)用價值，在天然產(chǎn)物的浸漬過程中能夠有效提高中藥收率，提高中藥有效成分提取的時效性和可靠性。

2.5 微波作用

在中藥有效成分提取過程中，微波技術(shù)是一種現(xiàn)代化的提取方式，具有良好的應(yīng)用效果，因此微波作用也是影響中藥有效成分提取率的一項重要因素。在中藥有效成分提取中應(yīng)用微波技術(shù)時，其能夠?qū)⒓?xì)胞壁和細(xì)胞膜進(jìn)行溶解和破碎處理，從而在一定程度上提高中藥有效成分提取率和有效部位提取率，受到中藥有效成分提取行業(yè)人士的高度重視。微波加熱過程中促使細(xì)胞內(nèi)極性物質(zhì)產(chǎn)生，微波能被水分子吸收，進(jìn)而產(chǎn)生較大的熱量，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)溫度升高，進(jìn)一步在液態(tài)水汽化壓力作用下，細(xì)胞壁和細(xì)胞膜被沖破，并形成小的孔洞。待進(jìn)一步加熱處理后，細(xì)胞內(nèi)部水分明顯減少，細(xì)胞壁逐漸收縮，細(xì)胞表面出現(xiàn)不同程度的裂紋。先前液態(tài)水汽化壓力下沖破細(xì)胞膜后所形成的微小孔洞導(dǎo)致細(xì)胞外液體進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)部，并釋放出一定量的細(xì)胞產(chǎn)物，從而對中藥有效成分提取產(chǎn)生較大影響。在中藥有效成分提取過程中，應(yīng)用微波技術(shù)提取中藥有效成分時，應(yīng)當(dāng)全面衡量溶劑浸泡時間以及微波輻照劑量等因素對中藥提取率的實際影響，以切實提高中藥有效成分提取的有效性。

3 討論

超聲和微波技術(shù)在中藥有效成分提取方法研究中的廣泛運用，但這種聯(lián)合技術(shù)的實際應(yīng)用還多停留在實驗室階段，還有一些待解決的問題。超聲波還有其他很多作用，如化學(xué)作用、生物作用等，其中一些已能用上述基本作用原理作初步說明，有一些至今還不能圓滿解釋，超聲波的作用效果不僅取決于超聲波的強度、頻率、作用時間等，而且還應(yīng)與被提取物的結(jié)構(gòu)有一定關(guān)系，今后應(yīng)對超聲作用原理、藥物結(jié)構(gòu)與超聲作用的關(guān)系作進(jìn)一步研究，以便建立較為通用的模型，為不同提取對象、操作條件提供可靠的依據(jù)。

目前微波技術(shù)在藥物輔助提取方面的研究仍處于初期階段，微波輔助提取的機(jī)理似乎更依賴于被提取物的基體。在微波作用下，富含水的部分優(yōu)先破壁，而含水少的細(xì)胞則比較滯后，甚至不被微波破壁，如果所提取的有效成分不在富含水的部位，微波提取則難以進(jìn)行。在微波劑量、物料厚度、自由水和結(jié)合水的含量等對提取率的影響方面尚沒有系統(tǒng)的研究，微波輔助提取設(shè)備也有待于進(jìn)一步開發(fā)。

結(jié)束語

總而言之，超聲波和微波技術(shù)對中藥有效成分提取過程產(chǎn)生較大影響，通過對超聲波技術(shù)和微波技術(shù)的科學(xué)化運用，有助于推進(jìn)中藥有效成分提取工作的順利高效開展。在當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢下，應(yīng)當(dāng)積極加強信息技術(shù)創(chuàng)新，對中藥有效成分提取相關(guān)技術(shù)手段進(jìn)行合理應(yīng)用，從而推進(jìn)中藥提取事業(yè)的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

第4篇：超聲波的基本原理范文

1、橋梁檢測的背景

橋粱在長期的使用過程中難免會發(fā)生各種結(jié)構(gòu)損傷。損傷的原因可以是使用、維護(hù)不當(dāng)、車禍?zhǔn)鹿实热藶橐蛩?也可能是地震、風(fēng)暴等自然災(zāi)害。此外某些要道上交通量以大大高于預(yù)測流量的速度猛增也加劇了橋梁結(jié)構(gòu)的自然老化。這些因素均導(dǎo)致了橋梁承載能力和耐久性的降低,甚至影響到運營的安全。由此而引起的一系列問題都需要相應(yīng)的維修、改造和加固來解決。而這些維修、改造和加固工作又必須在對橋梁結(jié)構(gòu)詳細(xì)和系統(tǒng)的檢測的基礎(chǔ)上才能妥善的進(jìn)行。

2、橋梁檢測的特點

在目的方面,傳統(tǒng)橋梁檢測往往僅是為了確定橋梁的損傷狀況,最多是在一定程度上對橋梁的繼續(xù)工作能力提出評價。然而橋梁健康檢測不僅獲得橋梁的損傷狀況或健康狀況,而且利用其智能系統(tǒng)中開放的數(shù)據(jù)庫的數(shù)字化參數(shù)積累,對已用的橋粱設(shè)計理論提供長期的、及時的由足尺寸真實構(gòu)件在真實環(huán)境下結(jié)構(gòu)響應(yīng)為基礎(chǔ)的設(shè)計驗證,繼而為研究發(fā)展橋梁理論提供低成本高效率的“試驗”支持。以橋梁健康檢測作為設(shè)計的驗證具有前所未有的優(yōu)越性,它比較模型試驗而言。成本低,模型就是已有的橋梁,省去了模型制作費用;效果真實,完全的足尺寸.真實的環(huán)境.真實的載荷,數(shù)據(jù)的采集具有長期性,只要橋梁“健在”,數(shù)據(jù)就可以長期地收集下去。

在實現(xiàn)的手段方面,傳統(tǒng)橋梁檢測的手段雖然有很大發(fā)展并且日趨成熟,但對這些手段的應(yīng)用往往是孤立的、被動的。橋梁健康檢測通過現(xiàn)代的傳感與通信技術(shù)的運用使得橋梁健康檢測智能系統(tǒng)像人的神經(jīng)系統(tǒng)將人體各部分協(xié)調(diào)起來一樣,將各種檢測手段通過計算機(jī)系統(tǒng)有機(jī)地組合在一起,利用內(nèi)部數(shù)據(jù)庫和信號軟件接口實現(xiàn)參數(shù)的采集和存放,并借助于瑚代通信寬帶的不斷拓寬和高速高容量的計算機(jī)系統(tǒng)可以實現(xiàn)異地數(shù)據(jù)采集,便捷、準(zhǔn)確、安全。在發(fā)展趨勢方面,橋梁健康檢測取代傳統(tǒng)的橋梁檢測已是大勢所趨。橋粱健康檢測可以為業(yè)主提供更加準(zhǔn)確和全面的檢測評定,而且可為設(shè)計人員提供前所未有的設(shè)計驗證資料和理論研究依據(jù)。

3、常見的橋梁檢測技術(shù)

3.1　聲探測技術(shù)。聲探測技術(shù)主要包括超聲波探測技術(shù)、聲發(fā)散檢測技術(shù)和沖擊一回聲檢測技術(shù)。聲探測技術(shù)是目前發(fā)展最迅速的無損檢測。超聲波探測技術(shù)的基本原理是:超聲波能夠以一定的速度在某種材料中傳播,直至達(dá)到不連續(xù)點或抵達(dá)測試物的邊界時才反射回來。超聲波探測技術(shù)即利用聲脈沖在缺陷處發(fā)生特性變化的原理來進(jìn)行檢測。聲發(fā)散技術(shù)的基本原理是:大多數(shù)結(jié)構(gòu)材料在受力后出現(xiàn)諸如塑性變形、裂紋開裂、裂紋開展等微結(jié)構(gòu)損傷時,就以聲波的形式釋放能量。它的優(yōu)點是可以對處干荷載作用狀態(tài)下的橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部材料和結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行穩(wěn)定的監(jiān)視、并給出早期報警。沖擊――回聲是根據(jù)應(yīng)力波能夠在材料中傳播的原理設(shè)計的,基本的測試方法和超聲波相似。應(yīng)力波可以通過以下兩種方法產(chǎn)生:使用轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的應(yīng)力波稱為脈沖――回聲法,使用機(jī)械沖擊器產(chǎn)生應(yīng)力波稱為沖擊一回聲法。它同樣可以通過應(yīng)力渡的強度和發(fā)生時間測定缺陷的程度和位置。

3.2　電磁渡探測技術(shù)。電磁探測技術(shù)主要包括探地雷達(dá)技術(shù)和渦流檢測技術(shù)。探地雷達(dá)是利用電磁脈沖波發(fā)射原理來實現(xiàn)探測目的,它是利用超高頻短脈沖(106-109H z)電磁渡探測地下介質(zhì)分布的一種地球物理勘探方法。探地雷達(dá)是軍用技術(shù)民用化的典型代表,已經(jīng)在建筑物、橋梁和其他結(jié)構(gòu)評估中廣泛使用。其基本原理是將雷達(dá)脈沖傳進(jìn)被檢測材料,然后測量材料表面的反射量確定損傷。在橋梁無損中的典型應(yīng)用如混凝土中的鋼筋和孔道的定位以及缺陷和疲勞探測等。渦流的基本原理為電磁感應(yīng),主要應(yīng)用于檢測表面損傷。當(dāng)檢測線圈與導(dǎo)電材料的構(gòu)件表面靠近,并通以交流電時,所產(chǎn)生的交變磁場將在構(gòu)件表層產(chǎn)生感應(yīng)電流,呈環(huán)形渦流狀。電渦流的大小與分布受構(gòu)件材料介質(zhì)和表層缺陷的影響,根據(jù)所測電渦流的變化量,就可以判定材料表層的缺陷怕況。

第5篇：超聲波的基本原理范文

關(guān)鍵詞：超聲波檢測；衍射成像；缺陷檢測

中圖分類號：TG115.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1000－8136（2012）03－0054－02

1 超聲波檢測的基本原理

新型的超聲波技術(shù)TOFD是一種可以精確測量部件內(nèi)部缺陷與平面曲線在壁厚方向上的高度的技術(shù)，其操作簡單直觀，與以往的超聲波技術(shù)不同。目前采用的TOFD技術(shù)是利用固體中聲波傳遞最快的縱波在缺陷端實現(xiàn)衍射來進(jìn)行測量的，如在焊接縫的兩側(cè)利用一對尺寸、頻率、角度相同的縱波斜向探頭并使其位置對稱，一個作為發(fā)射端、一個則為接收端。發(fā)射端的縱波從側(cè)面進(jìn)入到被檢測的焊縫中。無缺陷的時候接收端接收到沿著時間表面?zhèn)鞑サ膫?cè)向波與底面發(fā)射波。而存在缺陷的部位在上述兩個波之外還會接收到缺陷位置所產(chǎn)生的衍射波。這就是超聲波衍射檢測的基本原理。

2 超聲波成像技術(shù)在壓力容器檢測過程

2.1 檢測過程

2.1.1 檢測設(shè)備準(zhǔn)備

采用TOFD的檢測需要利用計算機(jī)、軟件系統(tǒng)、探頭與之間等幾個部分組成，為了適應(yīng)壓力容器的檢測，需要根據(jù)檢驗對象的材料、厚度等進(jìn)行組合與應(yīng)用。具體需要注意以下幾個方面：探頭型號選擇，如對75 mm以下容器壁進(jìn)行檢測需要的探頭為單探頭，檢測鐵素體鋼材時應(yīng)根據(jù)相關(guān)的規(guī)范進(jìn)行選擇，而對奧氏體或者其他高衰減的材料應(yīng)降低探頭的頻率或者增加晶片的大小。如對75 mm以上的容器壁進(jìn)行檢測一定要采用組合的方式進(jìn)行掃描，其組合的方式應(yīng)按照相關(guān)的規(guī)范選擇；探頭距離選擇：在檢測前應(yīng)對所選用的探頭的距離進(jìn)行調(diào)試，以此獲得最佳的檢測效果，超聲波檢測的最佳探頭距離應(yīng)按照圖1所示，并利用公式PCS＝2dtgθ進(jìn)行計算，其中d是缺陷深度；θ則是探頭的角度。

圖1 檢測探頭間距選擇

增益性校對，采用超聲波衍射檢測雖然不是在波幅的基礎(chǔ)上進(jìn)行檢測和定量分析，但是增益對儀器的靈敏度影響較大，因此必須在具有合適的增益保證下完成，才能在掃描中發(fā)現(xiàn)缺陷。多數(shù)檢測中，單個超聲波探頭組的增益設(shè)置是將表面的波高達(dá)到滿屏的40%～90%，以此保證測量的效果。

對聲速和探頭角度的校對，聲波在不同材料中傳遞的速度不同，因此檢測前應(yīng)對聲波的速度進(jìn)行校對，另外探頭的楔塊在多次使用后會產(chǎn)生磨損，探頭的角度會發(fā)生微量改變，檢測前必須對此進(jìn)行校正，聲波速度與探頭角度可以通過橫通孔來完成調(diào)整。

2.2 檢測軟件與硬件配置

在開始進(jìn)行檢測前應(yīng)對軟件與硬件設(shè)備進(jìn)行檢查，主要是調(diào)整其主要參數(shù)使之符合檢測需求，如：采樣率、掃描間距、速度等。采樣率選擇在50 mm內(nèi)時應(yīng)選擇A－掃描信號之間最大采樣間隔通常為1 mm；對于壁厚較大的容器，A－掃描信號之間最大的采用間隔可以為2 mm；掃描距離設(shè)定，按照被檢容器的尺寸和超速設(shè)備的內(nèi)存來設(shè)定檢測是掃描的距離；掃描速度設(shè)定，設(shè)定合理的掃描速度主要是在保證高效的前提下控制檢測的質(zhì)量，保證不丟失數(shù)據(jù)。掃描速度應(yīng)根據(jù)耦合能力和電子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲能力而定，通常B－掃描數(shù)據(jù)丟失不會超過整個掃描檢查量的5%，而且不要出現(xiàn)連續(xù)丟失的情況。

2.3 檢測操作過程

將發(fā)射探頭和接收探頭分別放置在壓力容器焊縫的兩側(cè)，首先沿著焊縫進(jìn)行B－掃描，如焊縫、熱影響區(qū)沒有缺陷的時候，會觀察到2個超聲波信號，一個是聲波在表面?zhèn)鞑サ拿}沖信號；一個是時間底部反射的聲波信號，兩個脈沖信號應(yīng)位于發(fā)射探頭和接收探頭之間的最短與最長聲波程內(nèi)。兩個信號是檢測的基本參考信號，如果焊縫中存在缺陷，超聲波的大部分能量就會在缺陷的表面出現(xiàn)反射，而一部分能量則會在缺陷的上下端產(chǎn)生衍射效應(yīng)，且會被接收端檢測出來。因為B－掃描不能確定缺陷距離探頭的中心位置，因此在第一次掃描后應(yīng)針對存在缺陷的位置進(jìn)行二次掃描，此次應(yīng)垂直與焊縫的方向進(jìn)行D－掃描，完成后保存資料為成像做準(zhǔn)備。

3 超聲波成像技術(shù)的應(yīng)用

利用超聲波進(jìn)行檢測結(jié)束后就會形成一個圖形，見圖2，并可以獲得相應(yīng)的形狀、尺寸等數(shù)據(jù)，在對成像進(jìn)行分析的時候主要分為兩步。

第一步：根據(jù)圖像對缺陷進(jìn)行的定性分析，即確定其性質(zhì)，依據(jù)的是圖像的形狀和密集程度等；第二步：根據(jù)圖像對缺陷進(jìn)行定量分析，主要包括尺寸、位置等參數(shù)信息，缺陷的高度則是利用其上下端的衍射信號的時間差進(jìn)行計算獲得，應(yīng)注意的是上下端的回波位置是相反的，缺陷長度則是利用成像獲得，深度是利用表面波與缺陷上端的衍射波的時間差計算獲得，缺陷距離探頭中心線的距離利用D－掃描求出。至此就可對壓力容器中所存在的缺陷進(jìn)行全面的定量分析，從而指導(dǎo)選擇處理措施。

4 結(jié)束語

利用超聲波衍射探測是一種較先進(jìn)的無損檢測技術(shù)，其檢測所形成的直觀的形象化圖像可以明確的對壓力容器部件上的缺陷進(jìn)行描述，利用計算機(jī)來處理數(shù)據(jù)更可以很快的對缺陷完成定性與定量的分析。

參考文獻(xiàn)：

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［2］郝曉軍，牛曉光，郝紅衛(wèi)，代真，郭立峰.結(jié)合TOFD與脈沖反射法的復(fù)合超聲檢測系統(tǒng)的研制［J］.無損檢測，2010（01）.

［3］孔立峰，李樹學(xué)，羅光華，楊景標(biāo).TOFD檢測技術(shù)的應(yīng)用［J］.河北工業(yè)科技，2009（03）.

Ultrasound Imaging Technology’s Application in the Pressure Vessel Inspection

Yao Mengxi, Li Dan

Abstract: The ultrasonic imaging technology can intuitively reflect the actual shape of detection defects, and can use computer software to complete the qualitative and quantitative description, and obtain good results in the pressure vessel inspection.

第6篇：超聲波的基本原理范文

關(guān)鍵詞： 超聲波傳感器 原理 應(yīng)用

1.引言

隨著自動化等新技術(shù)的發(fā)展，傳感器的使用數(shù)量越來越大，一切現(xiàn)代化儀器、設(shè)備都離不開傳感器。在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是自動化生產(chǎn)過程中，用各種傳感器來監(jiān)測和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，如溫度、壓力、流量，等等，以便使設(shè)備工作在最佳狀態(tài)，產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。

20世紀(jì)中葉，人們發(fā)現(xiàn)某些介質(zhì)的晶體（如石英晶體、酒石酸鉀鈉晶體、PZT晶體等）在高電壓窄脈沖作用下，能產(chǎn)生較大功率的超聲波。它與可聞聲波不同，可以被聚焦，能用于集成電路的焊接、顯像管內(nèi)部的清洗；在檢測方面，利用超聲波有類似于光波的折射、反射的特性，制作超聲波納探測器，可以用于探測海底沉船、敵方潛艇，等等。

現(xiàn)在超聲波已經(jīng)滲透到我們生活中的許多領(lǐng)域，例如B超、遙控、防盜、無損探傷，等等。

2.超聲波的概念

人們能聽到聲音是由于物體振動產(chǎn)生的，它的頻率在20Hz―20kHz范圍內(nèi)，稱為可聞聲波。低于20Hz的機(jī)械振動人耳不可聞，稱為次聲波；高于20kHz的機(jī)械振動稱為超聲波，常用的超聲波頻率為幾十kHz至幾十MHz。

超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）和縱向振蕩（縱波）。工業(yè)中的應(yīng)用常采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，但傳播速度不同。另外，它也有折射和反射現(xiàn)象，且在傳播過程中有衰減。在空氣中傳播超聲波頻率較低，一般為幾十kHz，但衰減較快；在固體、液體中傳播頻率較高，但衰減較小，傳播較遠(yuǎn)。

3.超聲波的特點

超聲波的指向性好，不易發(fā)散，能量集中，因此穿透本領(lǐng)大，在穿透幾米厚的鋼板后，能量損失不大。超聲波在遇到兩種介質(zhì)的分界面時，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，這一現(xiàn)象類似于光波。超聲波的頻率越高，其聲場指向性就越好，與光波的反射、折射特性就越接近。利用超聲波的特性，可做成各種超聲波傳感器，配上不同的電路，制成各種超聲波測量儀器及裝置，并在通信、醫(yī)療、家電等各方面得到廣泛應(yīng)用。

4.超聲波傳感器的原理

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器，由發(fā)送傳感器、接收傳感器、控制部分與電源部分組成。發(fā)送器傳感器由發(fā)送器與使用直徑為15mm左右的陶瓷振子換能器組成，換能器的作用是將陶瓷振子的電振動能量轉(zhuǎn)換成超能量并向空中輻射；接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收波產(chǎn)生機(jī)械振動，將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對發(fā)送的超聲波進(jìn)行檢測。實際使用中，用作發(fā)送傳感器的陶瓷振子也可用作接收器傳感器上的陶瓷振子?？刂撇糠种饕獙Πl(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比、稀疏調(diào)制和計數(shù)及探測距離等進(jìn)行控制。超聲波傳感器電源可用DC12V±10%或24V±10%。

5.超聲波探頭

超聲波換能器又稱超聲波探頭。超聲波換能器有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數(shù)種，在檢測技術(shù)中主要采用壓電式。由于其結(jié)構(gòu)不同，換能器又分為直探頭、斜探頭、雙探頭、表面波探頭、聚焦探頭、沖水探頭，等等。本文以固體傳導(dǎo)介質(zhì)為例，簡要介紹以下三種探頭。

（1）單晶直探頭。俗稱直探頭，其壓電晶片采用PZT壓電陶瓷制作。發(fā)射超聲波時，將500V以上的高壓電脈沖加到壓電晶片上，利用逆壓電效應(yīng)，使晶片發(fā)射出一束頻率落在超聲波范圍內(nèi)、持續(xù)時間很短的超聲振動波，垂直投射到試件內(nèi)。假設(shè)該試件為鋼板，而其底面與空氣交界，到達(dá)鋼板底部的超聲波絕大部分能量被底部界面所反射。反射波經(jīng)過一短暫的傳播時間回到壓電晶片。再利用壓電效應(yīng)，晶片將機(jī)械振動波轉(zhuǎn)換成同頻率的交變電荷和電壓。

（2）雙晶直探頭。由兩個單晶探頭組合而成，裝配在同一個殼體內(nèi)，其中一片晶片發(fā)射超聲波，另一片晶片接收超聲波。雙晶探頭的結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜一些，但檢測精度比單晶直探頭高，且超聲信號的反射和接收的控制電路較單晶直探頭簡單。

（3）斜探頭。有時為使超聲波能傾斜入射到被測介質(zhì)中，可選用斜探頭。壓電晶片粘貼在與底面成一定角度的有機(jī)玻璃斜楔塊上。當(dāng)斜楔塊與不同材料被測介質(zhì)接觸時，超聲波產(chǎn)生一定角度的折射，傾斜入射到試件中去，折射角可通過計算求得。

6.超聲波傳感器的應(yīng)用

超聲波傳感器應(yīng)用在生產(chǎn)實踐的不同方面，而醫(yī)學(xué)應(yīng)用是其最主要的應(yīng)用之一。超聲波在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用主要是診斷疾病，它已經(jīng)成為臨床醫(yī)學(xué)中不可缺少的診斷方法。超聲波診斷的優(yōu)點是：對受檢者無痛苦、無損害，方法簡便，顯像清晰，診斷的準(zhǔn)確率高，等等，因而受到醫(yī)務(wù)工作者和患者的歡迎。超聲波診斷是利用超聲波的反射原理，當(dāng)超聲波在人體組織中傳播遇到兩層聲阻抗不同的介質(zhì)界面時，在該界面就產(chǎn)生反射回聲。每遇到一個反射面時，回聲在示波器的屏幕上顯示出來，而兩個界面的阻抗差值也決定了回聲振幅的高低。

在工業(yè)方面，超聲波的典型應(yīng)用是對金屬的無損探傷、超聲波測厚和測量液位等。過去，許多技術(shù)因為無法探測到物體組織內(nèi)部而受到阻礙，超聲波傳感器的出現(xiàn)改變了這種狀況。超聲波探測既可檢測材料表面的缺陷，又可檢測材料內(nèi)部幾米深的缺陷。當(dāng)然更多的超聲波傳感器是固定地安裝在不同的裝置上，“悄無聲息”地探測人們所需要的信號。

超聲波測量液位的基本原理是：由超聲探頭發(fā)出的超聲脈沖信號在氣體中傳播，遇到空氣與液體的界面后被反射，接收到回波信號后計算其超聲波往返的傳播時間即可換算出距離或液位高度。超聲波測量方法有許多其他方法不可比擬的優(yōu)點：（1）無任何機(jī)械傳動部件，也不接觸被測液體，屬于非接觸式測量，不怕電磁干擾、酸堿等強腐蝕性液體等，因此性能穩(wěn)定、可靠性高、壽命長；（2）響應(yīng)時間短，可以方便地實現(xiàn)無滯后的實時測量。

7.結(jié)語

超聲波傳感器應(yīng)用起來原理簡單，也很方便，成本也很低。但是目前的超聲波傳感器都有一些缺點，比如反射問題、噪音問題、交叉問題，等等。本文簡要介紹了超聲波的概念、特點，分析了超聲波傳感器的原理，并給出了超聲波傳感器的幾種典型應(yīng)用，對今后對超聲波傳感器的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究有一定的參考價值和實用價值。

參考文獻(xiàn)：

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［2］吳旗.傳感器及應(yīng)用.高等教育出版社，2002，（3）.

［3］俞志根，李天真，童炳金.自動檢測技術(shù)實訓(xùn)教程.清華大學(xué)出版社.

第7篇：超聲波的基本原理范文

關(guān)鍵詞：超聲醫(yī)學(xué)；臨床實驗；研究；應(yīng)用。

超聲醫(yī)學(xué)是指聲學(xué)、醫(yī)學(xué)、光學(xué)和電子學(xué)相結(jié)合的一個學(xué)科，包括超聲診斷學(xué)、超聲治療學(xué)和生物醫(yī)學(xué)超聲工程，它具有醫(yī)、理、工相結(jié)合的特點。超聲波在密度均勻的介質(zhì)中勻速傳播，當(dāng)通過不同密度的介質(zhì)時，就會出現(xiàn)反射、折射、散射、衍射以及多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)是指在描述光源和接收器之間的相對運動時光波頻率出現(xiàn)升高或者降低變化的一種現(xiàn)象。超聲波頻率越高，介入的介質(zhì)吸收的越多。臨床醫(yī)生就是通過人體組織形態(tài)和結(jié)構(gòu)的不同，利用其反射和折射程度的差異形成具有不同特點的圖像、波形和曲線來進(jìn)行鑒別診斷，結(jié)合所學(xué)專業(yè)的醫(yī)學(xué)知識進(jìn)行準(zhǔn)確的臨床診斷，并制定針對性的治療方案進(jìn)行合理治療，提高臨床治療效果。超聲醫(yī)學(xué)涉及范圍廣、直觀、安全、無痛等優(yōu)點，成為現(xiàn)在臨床診斷疾病重要的一種技術(shù)。我院1年間應(yīng)用超聲進(jìn)行臨床診斷和治療，能夠準(zhǔn)確的鑒別診斷疾病，降低了臨床誤診率，在疾病治療中，位置直觀，患者手術(shù)時間縮短，安全而且無痛，醫(yī)療費用降低，痛苦減輕，恢復(fù)較快，臨床診斷和治療效果顯著。現(xiàn)將2014年6月～2015年6月間來我院應(yīng)用超聲進(jìn)行診斷和治療的患者臨床資料進(jìn)行分析，結(jié)果報告如下。

1資料與方法

1.1一般資料

選取2014年6月～2015年6月間來我院應(yīng)用超聲進(jìn)行診斷和治療的患者臨床資料，整個就診過程中使用超聲的設(shè)備和基本原理以及整理后的完整就診資料。

1.2方法

回顧性分析2014年6月～2015年6月間來我院應(yīng)用超聲進(jìn)行診斷和治療的患者臨床資料進(jìn)行分析，探討超聲技術(shù)在臨床中的應(yīng)用價值。

1.2.1設(shè)備和基本原理：超聲波就是一種頻率大于20KHZ的聲波，人耳感覺不到，它屬于縱波，可以在氣體、液體和固體中進(jìn)行傳播，它不但具有和聲波相同的物理性質(zhì)，同時還具有自身特性，包括束射性、反射、折射、散射、衍射以及超聲波的衰減[[]]。超聲波檢查的工作原理就是利用超聲波發(fā)射進(jìn)入人體發(fā)生反射、折射后在正常組織和病變組織上表現(xiàn)出來的差異進(jìn)行分析和鑒別。醫(yī)生結(jié)合超聲結(jié)果以及生理和病理的基礎(chǔ)臨床醫(yī)學(xué)知識進(jìn)行判斷，得出臨床結(jié)論，制定合理的治療方案，以期達(dá)到最好的臨床治療效果。

1.2.2超聲診斷儀分類：超聲診斷儀種類多，根據(jù)空間和回波方式的不同分為6種類型，分別為A型超聲、B型超聲、M型超聲、D型超聲、三維超聲和超聲顯微鏡[[]]。A型超聲是以波形來顯示不同組織的特征，用于測量器官徑線，判定大小。B型超聲使用平面圖形顯示，具有重復(fù)性強，直觀性好的特點，復(fù)查時可以對比。M型超聲適合用來檢查心臟功能，觀察心臟結(jié)構(gòu)以及活動狀態(tài)，主要用于心血管疾病的診斷。D型超聲主要用于檢測器官活動狀態(tài)和血液循環(huán)流動情況。

1.2.3超聲診斷與臨床應(yīng)用：超聲診斷主要是應(yīng)用超聲的指向性和反射、散射以及超聲波的衰減和多普勒效應(yīng)，使用不同的檢查方法將超聲順利的發(fā)射進(jìn)入人體組織內(nèi)進(jìn)行傳播，當(dāng)患者患有疾病時，正常組織或者病變組織的聲阻抗就會出現(xiàn)差異，組成界面上出現(xiàn)反射和散射，接收回波信號和檢波處理后，顯示出相應(yīng)的波形、曲線或者圖形。專業(yè)的醫(yī)生結(jié)合生理和病理解剖知識，對其進(jìn)行觀察、分析，可以對患病的部位、性質(zhì)以及嚴(yán)重程度做出相應(yīng)的判斷。超聲在臨床中的應(yīng)用范圍十分廣泛，例如超聲診療、超聲霧化吸入以及白內(nèi)障超聲乳化術(shù)等，為臨床醫(yī)生的正確診斷和有效的治療提供了一個重要的手段。超聲在臨床使用治療疾病的原理是機(jī)械效應(yīng)，即超聲進(jìn)入人體中前進(jìn)時產(chǎn)生的正常反應(yīng)。超聲通過振動的方式引起細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)發(fā)生運動產(chǎn)生細(xì)胞的按摩作用，以此改變細(xì)胞膜的通透性，從而加速新陳代謝和血液循環(huán)，細(xì)胞缺血、缺氧狀態(tài)得到改善，提高了機(jī)體的再生能力達(dá)到治療的目的。

2結(jié)果

我院1年間應(yīng)用超聲進(jìn)行臨床診斷，降低了臨床誤診率，在疾病治療中，患者手術(shù)時間縮短，醫(yī)療費用降低，痛苦減輕，恢復(fù)較快，臨床診斷和治療效果顯著。

3討論

近年來，超聲醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)發(fā)生了革命性的飛躍，在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域所占地位越來越重要，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益不斷提高，因此發(fā)展我國的超聲醫(yī)學(xué)是必然的趨勢。目前已經(jīng)成為臨床疾病診斷的首選手段。超聲應(yīng)用不僅擴(kuò)大了臨床疾病診斷的范圍，也提高了臨床診斷的準(zhǔn)確率，隨著超聲應(yīng)用的逐漸普及，它已經(jīng)成為了一種非常重要的多中國參數(shù)的系列診斷技術(shù)。它可以用來測速、測距、焊接、碎石和殺菌等等，在軍事、工業(yè)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域均有應(yīng)用。醫(yī)學(xué)超聲應(yīng)用的工作原理和聲波傳播相同，超聲醫(yī)學(xué)在臨床中主要應(yīng)用在婦產(chǎn)科、外科、眼科等科室，快速對患者的疾病做出臨床診斷，節(jié)省了時間，為醫(yī)生更好的開展臨床工作提供了幫助。超聲醫(yī)學(xué)技術(shù)在醫(yī)學(xué)界發(fā)揮著重要的作用，大大的提高了臨床疾病診斷的準(zhǔn)確率，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，超聲技術(shù)也會不斷完善，造福于全人類。我院1年間應(yīng)用超聲進(jìn)行臨床診斷，降低了臨床誤診率，在疾病治療中，患者手術(shù)時間縮短，醫(yī)療費用降低，痛苦減輕，恢復(fù)較快，臨床診斷和治療效果顯著，值得臨床醫(yī)生和實驗人員借鑒和進(jìn)一步推廣使用。

參考文獻(xiàn)：

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[2]張萬蕾，李建國，周慶環(huán)，陳麗君，超聲醫(yī)學(xué)的發(fā)展趨勢及超聲醫(yī)學(xué)教學(xué)的探討[J]，中國醫(yī)學(xué)裝備，2008，5（3）：13～15；

[3]徐金鋒，劉慧玉，臨床超聲醫(yī)學(xué)教學(xué)改革的探索與實踐[J]，重慶醫(yī)學(xué)，2008，37（9）：998～999；

[4]伊立雪，超聲醫(yī)學(xué)高新技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]，中國醫(yī)療器械信息，2010，29（5）：4～8；

第8篇：超聲波的基本原理范文

【關(guān)鍵詞】聲波透射法；基樁；完整性檢測

1 引言

在現(xiàn)行的檢測技術(shù)中，無損檢測被越來越多的人接受，成為了一種新的檢測方式，特別是在各種大型工程、地下工程中得到廣泛應(yīng)用。在橋梁基樁樁身完整性檢測中，聲波透射法充分發(fā)揮了其準(zhǔn)確性高，可定量分析出樁身缺陷的大小和確切部位的優(yōu)點，具有較高的實用價值。

2 聲波透射法測試原理及方法

內(nèi)部的結(jié)構(gòu)特性與外部環(huán)境條件等很多因素會制約混凝土的物理力學(xué)性質(zhì)，混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系反應(yīng)于它的聲波傳播特性。根據(jù)彈塑性介質(zhì)中的波動理論，其應(yīng)力波波速為：

其中E為介質(zhì)的動態(tài)彈性模量；ρ為密度；μ為泊松比?；炷恋膹椥阅Ａ亢徒橘|(zhì)的強度之間存在一定的相關(guān)性。超聲檢測的理論依據(jù)是混凝土介質(zhì)的物理力學(xué)指標(biāo)（強度、密度、動彈模等）與超聲波的各種傳播參數(shù)（波幅、聲時值、衰減系數(shù)和聲速等）之間的相關(guān)關(guān)系。當(dāng)混凝土介質(zhì)的構(gòu)成材料以及均勻度、施工條件等所有內(nèi)、外因素大多數(shù)一致時，超聲波在其中的傳播參數(shù)也會是一致的；超聲波在傳播中遇到存在缺陷的混凝土介質(zhì)時，超聲波會產(chǎn)生異變，聲時、聲速、聲幅、頻譜等各項參數(shù)都會產(chǎn)生變化，檢測樁基完整性可通過高精密聲波發(fā)射-接收儀器及傳感器來記錄與描述。

3 聲波透射法測試方法

3.1 主要儀器設(shè)備

超聲檢測儀器設(shè)備主要采用：中國科學(xué)院武漢巖土研究所RSM-SY5智能聲波檢測儀1臺及CH-1型聲波跨孔測試換能器3只。

3.2 檢測方法

首先向所有被檢測的混凝土灌注樁預(yù)埋聲測管內(nèi)注滿清水，用鋼卷尺準(zhǔn)確測量出樁頂各個聲測管之間的凈距離。緩緩將聲波跨孔測試換能器分別置于預(yù)埋管中的兩個聲測孔的底部，讓其高度保持一致，記錄好深度，每隔25cm布置一個測點，基樁聲波透射法現(xiàn)場檢測示意圖參見圖1。為保證檢測的準(zhǔn)確性，確保各測點發(fā)射與接收換能器累計相對高差不大于2cm，并且隨時校正其高度，如果發(fā)現(xiàn)測試結(jié)果異常，則必須對數(shù)據(jù)不合理部位重新檢測。缺陷的位置和范圍通過對測、斜測、交叉測及扇形掃測等各種測試方法確定。以每兩聲測管為一個測試剖面，對同一基樁所有剖面分別進(jìn)行檢測。

圖1 樁基聲波透射法現(xiàn)場檢測示意圖

3.3 數(shù)據(jù)處理及判定

可以用以下三種情況來判定樁身混凝土異常的臨界值：

（1） 聲速判據(jù)

在混凝土中超聲波的傳播速度（波速）Vp依據(jù)實測聲時值tp、測距L計算得出：

其中：

t0為聲時值初讀數(shù)，t/為聲時值修正值。

式中D為測管外徑，d為測管內(nèi)徑，d/為換能器外徑，Vt為檢測管壁厚度方向聲速，Vw為水的聲速。

μp（μt）、σv（σt）分別為波速平均值和波速標(biāo)準(zhǔn)差。

如果實測混凝土聲速值低于聲速臨界值，則應(yīng)將其作為可疑缺陷區(qū)。

（2） 波幅判據(jù)

用波幅平均值減6dB作為波幅臨界值，當(dāng)實測波幅低于波幅臨界值時，應(yīng)將其作為可疑缺陷區(qū)。

式中 AD―波幅臨界值（dB）；

Am―波幅平均值（dB）；

Ai―第i個測點相對波幅值（dB）；

n―測點數(shù)。

（3） PSD判據(jù)

采用斜率法作為輔助異常判據(jù)，當(dāng)PSD值在某測點附近變化明顯時，應(yīng)將其作為可疑缺陷區(qū)。

式中：tci---第i個測點的聲時；

tci-1---第i-1個測點的聲時；

Zi---第i個測點的深度；

Zi-1---第i-1個測點的深度；

如果發(fā)現(xiàn)混凝土聲速和波幅值出現(xiàn)異常并判為可疑缺陷區(qū)，必須用水平加密、等差同步或扇形掃測等方法進(jìn)行更細(xì)致的測量，結(jié)合波形分析確定樁身混凝土缺陷的位置及其嚴(yán)重程度。

4 結(jié)語

隨著現(xiàn)代鐵路、公路的繁榮發(fā)展，很多重點工程都要求對樁基進(jìn)行超聲波無損檢測。聲波透射法優(yōu)點眾多，具有很廣闊的市場前景。本文淺析聲波透射法的基本原理和檢測方法，旨在給該領(lǐng)域提供簡單參考，還有很多缺陷和不足，有待進(jìn)一步去完善。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范（JGJ 106 C 2003），北京：中國建筑科學(xué)研究院，2003

[2] 羅騏先.樁基工程檢測手冊，北京：人民交通出版社，2003

第9篇：超聲波的基本原理范文

超聲診斷儀有各種檔次，先進(jìn)的高檔儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有高性能、多功能、高分辨率和高清晰度等特點。它們的基本構(gòu)件包括發(fā)射、掃查、接受、信號處理和顯示等五個組成部分，總體分為兩大部件：主機(jī)和探頭。

探頭原理：儀器是通過探頭產(chǎn)生入射超聲波（發(fā)射波）和接受反射超聲波（回波）的，它是診斷設(shè)備的重要部件。高頻電能使探頭中的晶體發(fā)生機(jī)械振動，產(chǎn)生超聲波。接受回波的機(jī)械振動又可以通過探頭轉(zhuǎn)換成電脈沖。所以探頭又成稱超聲換能器。其原理來自于晶體的壓電效應(yīng)。

壓電效應(yīng)原理：壓電效應(yīng)泛指晶體處于彈性介質(zhì)中的一種電可逆特性，此現(xiàn)象是法國物理學(xué)者居里兄弟于1880年所發(fā)現(xiàn)，所以也被稱為居里效應(yīng)，見圖1。

B型超聲診斷儀是超聲診斷儀的一種，是一般醫(yī)院常用的診斷設(shè)備。B超按結(jié)構(gòu)主要由探頭、發(fā)射接收電路、模擬信號處理電路、鍵盤控制電路、數(shù)字掃描變換器、圖象顯示電路以及電源電路等幾部分組成。探頭按其掃描方式的不同，可分為線陣掃描探頭和相控陣掃描（扇掃）探頭兩種。

1 電源電路部分

電源由變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等部分組成。它是給整機(jī)提供了隨電網(wǎng)電壓變化的穩(wěn)定電壓，多數(shù)電源部分的工作電流較大，由于電流大，致使一些元件在正常工作時發(fā)熱。所以要加裝交流穩(wěn)壓器來穩(wěn)定電源電壓采取安裝空調(diào)來降低室內(nèi)溫度和定期清除機(jī)器內(nèi)部的灰塵等這些措施是完全可以減少電源部分損壞幾率的，同時也降低了機(jī)器的故障率。

2 顯示部分

顯示器由視頻放大，掃描和顯示等幾大部分組成。顯視器的故障多出現(xiàn)在掃描部分，以行掃描的故障率為最高。行掃描部分正常工作時就是在高電壓和大電流狀態(tài)下，會有一系列的發(fā)熱元件。當(dāng)散熱不良時，就可以造成這些元件因過熱而損壞或使線路板開焊。溫度過高可引起機(jī)器多處發(fā)生故障，所以通風(fēng)和降溫對B超機(jī)來說是非常重要的，這樣可以更好的保證機(jī)器正常工作。

3 鍵盤部分

鍵盤由多功能鍵和數(shù)字字母鍵組成，由于生產(chǎn)機(jī)器的廠家不同，鍵盤也略有不同，但大致可分為兩種一種是由獨立的按紐開關(guān)組成的；一種是整體的觸摸式按鍵。鍵盤最多的故障就是按鍵不靈，多數(shù)是由于導(dǎo)電橡膠的老化或灰塵、觸點氧化所致。B超機(jī)的防塵是十分重要的。機(jī)器安放的標(biāo)準(zhǔn)條件是，有空調(diào)設(shè)備、干燥、通風(fēng)、潔凈的房間，即使這樣機(jī)器還要定期的清灰保養(yǎng)（每年至少一次）這樣將可以大大減少機(jī)器的鍵盤和其他部分的故障。

4 探頭部分

探頭作為B超使用最頻繁的部件，是最容易損壞的部分。由于探頭價格一般接近整機(jī)總價的一半，所以修復(fù)保養(yǎng)探頭具有很高的經(jīng)濟(jì)價值。雖然各種B超探頭的型號和廠家各有不同，但是由于基本工作原理相通，結(jié)構(gòu)也類似，在熟練掌握B超儀基本原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)機(jī)器自檢系統(tǒng)提供的信息為線索，在較短的時間內(nèi)修復(fù)探頭是完全可以做到的。B超探頭有線陣探頭和機(jī)械扇掃探頭。其中機(jī)械扇掃探頭故障較多。常見故障是聲透鏡有氣泡。另一常見故障是扇掃探頭不轉(zhuǎn)，通常是探頭本身驅(qū)動電機(jī)損壞，修理起來比較麻煩，需要把探頭鋸開，更換壞的驅(qū)動電機(jī)。

下面具體敘述幾例探頭的故障和解決方法。

例1故障現(xiàn)象：使用多年的B超機(jī)，顯示器圖像出現(xiàn)嚴(yán)重干擾，滿屏出現(xiàn)雪花般的光點，閃爍感強烈，且無法調(diào)節(jié)輝度。

分析與檢修：由于探頭受到外力影響或操作人員使用有誤，探頭位置長期放置不當(dāng)導(dǎo)致電纜線內(nèi)部導(dǎo)線斷裂。打開外層皮套，將總的屏蔽線橫向劃開，挑出斷裂線，焊好后，用透明膠帶纏上一層，用萬用表測量其是否導(dǎo)通，導(dǎo)通后，將此根導(dǎo)線的屏蔽接好并纏好膠帶。如果多根斷裂，方法同上。試機(jī)，一切正常后將最外層的總屏蔽線焊好，外層皮套用高壓電絕緣塑料膠帶作了固定。

例2故障現(xiàn)象：B超機(jī)檢測圖象的扇區(qū)有黑帶，掃描扇區(qū)有黑色條狀干擾。

分析與檢修：B超探頭內(nèi)部多數(shù)采用的是壓電晶體，長期使用后會造成晶體自然老化。不規(guī)范的使用或摔、碰等外力擊打會造成探頭晶體的損傷，機(jī)器檢測出來的圖象就會出現(xiàn)信號衰減、圖象有黑影，黑條、干擾、缺損等盲區(qū)，嚴(yán)重時會沒有圖象。這類故障是由超探頭晶片短路導(dǎo)致的。晶片的短路可通過測量晶片的供電電壓來判斷，若某一晶片或晶片組的供電電壓較其他的為低，則可判斷該晶片或晶片組內(nèi)有短路。更換相應(yīng)的晶片或晶片組，使得探頭恢復(fù)以前的特性，干擾消失。

例3故障現(xiàn)象：B超圖象中出現(xiàn)垂直暗條。用手?jǐn)D壓探頭垂直暗條處，垂直暗條明顯減弱，更換同型號探頭垂直暗條消失，初步判斷，聲透鏡與匹配曾之間可能脫膠產(chǎn)生氣泡。

分析與檢修：聲透鏡是B超探頭上接觸人體的膠狀專業(yè)物質(zhì)，使用之后會造成聲透鏡自然磨損、劃痕、開裂、腐蝕、脫膠、起泡等破損，尤其是因耦合劑進(jìn)入下層造成的腐蝕，不僅會造成偽影等盲區(qū)，造成醫(yī)生的誤診嚴(yán)重的會損傷探頭晶體或造成漏電，危及患者的身體，給患者和機(jī)器帶來傷害。用液體硅膠注入脫膠處并趕出氣泡，用紗布帶用力將探頭綁緊放置24 h，然后解開紗布開機(jī)檢測下，故障消失，探頭恢復(fù)正常使用。證明該故障是由聲透鏡與匹配層之間脫膠所致。在處理這種故障時，使用液體硅膠作為探頭聲透鏡的修補材料以及聲透鏡與匹配層之間的粘合材料，實踐證明效果良好。

例4故障現(xiàn)象：探頭因長期使用會造成殼體開裂老化，或因為人為的因素如摔、碰而變形，這時由于破壞了探頭外殼的屏蔽質(zhì)量，會造成圖像干擾、不清，嚴(yán)重時會從前端出現(xiàn)感應(yīng)電流，危及患者身體。

分析與檢修：B超探頭使用頻繁，因此故障率較高，維修應(yīng)變被動為主動，可對探頭定期進(jìn)行保養(yǎng)性檢修。在平時的使用中，應(yīng)該注意到以下幾點：從主機(jī)上插拔探頭前，應(yīng)先把主機(jī)電源切斷；使用中輕拿輕放，不能硬拉或使電纜線打折，嚴(yán)禁敲打、跌落、碰撞；要使用合格的耦合劑，不要使用有腐蝕性的或自配的耦合劑；每次探頭使用完畢后，用軟布或軟紙將探頭擦干凈，不要用水或有機(jī)溶劑擦洗，以免探頭內(nèi)部電路進(jìn)水或損壞；探頭保護(hù)盒中應(yīng)保持干燥和清潔，室內(nèi)要保持一定的溫度與濕度，要裝配穩(wěn)壓器和地線。

5 總結(jié)

維修工程技術(shù)人員不僅要熟悉B超機(jī)工作原理，還要熟悉探頭的各個部件和作用。因為B超機(jī)的工作原理相通，各種探頭的結(jié)構(gòu)也相似。在掌握機(jī)器基本原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)故障現(xiàn)象結(jié)合電路圖來分析造成故障的原因和可能損壞的器件；甚至在沒有電路圖紙的情況下，根據(jù)機(jī)器的自檢系統(tǒng)提供的信息為線索，根據(jù)探頭各部件之間存在的密切聯(lián)系，來檢查推測判斷故障的位置及原因。最常有的檢查方法可采用電阻測量，電流測量，電壓測量，波形測量，元件代換和信號追蹤，在維修的時候不能忽略任何一個細(xì)節(jié)。預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)也很重要，除了探頭本身的自然損耗必須更換新探頭之外，探頭的使用環(huán)境較差以及人為故障等等，這些因素引起的故障都是可以通過預(yù)防性維修來避免。

參考文獻(xiàn)：