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),細菌,膠體,重金屬等其他物質;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。如對采出水進行處理并用于回注則可以減少用水量,帶來一定的經濟效益,減少對環境的危害。
2超濾超聲技術在油田廢水處理中的應用
2.1膜技術的優勢及超濾的基本原理與傳統水處理工藝相比,由于膜技術具有高效,用藥量少、操作簡單、運行維護費用低且不產生副產品等優勢而被廣泛應用。當含有大、小分子兩類溶質的溶液流過膜表面時,溶劑和小分子溶質將透過膜,作為濾出液被收集起來而大分子溶質(如有機膠體等)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2000赫茲的聲波,研究中發現對液體使用足夠強的聲波可以使其出現空化現象。同時超聲波在傳播中如遇不同的介質會產生速度差,從而在不同界面上產生剪切力將界面間的附著物剝離,實現動態化清理。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行調控,安全可靠,清洗速度較快。
2.3超濾膜結合超聲波等工藝的流程設計對于圖中的傳統工藝我們不再做說明,只對其中的超濾超聲系統做簡單的介紹。1)超濾膜-超聲波組合系統主要是用超聲波發生器產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)膜材料的選擇在應用中需對采出水的水質進行分析,利用試驗確定不同條件下何種膜材料對工藝的適應性強。目前采用納米A1203改性聚偏氟乙烯超濾膜進行研究的較多。3)超聲波裝置及超聲強度的設定利用不同的換能器可以組合成不同的超聲波化學反應器,通常可用的有非變幅輻射式超聲波化學反應器或者變幅輻射式超聲化學反應器、管道式生化反應器等。在具體的應用中可以采用探頭式與管道式反應器結合的方式,以此適應采出水處理的工藝需求。研究發現,超聲波頻率與空化閾值關系密切,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鍵。當超聲波頻率小于氣泡諧振時氣泡才能消除;當頻率超過氣泡諧振時氣泡出現復雜振動效果,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生空化,強度越大則越容易產生空化,在液體中產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,因此在使用中應對其進行試驗分析,作出準確選擇。
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），細菌，膠體,重金屬等其他物質；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。如對采出水進行處理并用于回注則可以減少用水量，帶來一定的經濟效益，減少對環境的危害。
2超濾超聲技術在油田廢水處理中的應用
2.1膜技術的優勢及超濾的基本原理與傳統水處理工藝相比，由于膜技術具有高效，用藥量少、操作簡單、運行維護費用低且不產生副產品等優勢而被廣泛應用。當含有大、小分子兩類溶質的溶液流過膜表面時，溶劑和小分子溶質將透過膜，作為濾出液被收集起來而大分子溶質（如有機膠體等）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2000赫茲的聲波，研究中發現對液體使用足夠強的聲波可以使其出現空化現象。同時超聲波在傳播中如遇不同的介質會產生速度差，從而在不同界面上產生剪切力將界面間的附著物剝離，實現動態化清理。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行調控，安全可靠，清洗速度較快。
2.3超濾膜結合超聲波等工藝的流程設計對于圖中的傳統工藝我們不再做說明，只對其中的超濾超聲系統做簡單的介紹。1）超濾膜-超聲波組合系統主要是用超聲波發生器產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）膜材料的選擇在應用中需對采出水的水質進行分析，利用試驗確定不同條件下何種膜材料對工藝的適應性強。目前采用納米A1203改性聚偏氟乙烯超濾膜進行研究的較多。3）超聲波裝置及超聲強度的設定利用不同的換能器可以組合成不同的超聲波化學反應器，通常可用的有非變幅輻射式超聲波化學反應器或者變幅輻射式超聲化學反應器、管道式生化反應器等。在具體的應用中可以采用探頭式與管道式反應器結合的方式，以此適應采出水處理的工藝需求。研究發現，超聲波頻率與空化閾值關系密切，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鍵。當超聲波頻率小于氣泡諧振時氣泡才能消除；當頻率超過氣泡諧振時氣泡出現復雜振動效果，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生空化，強度越大則越容易產生空化，在液體中產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，因此在使用中應對其進行試驗分析，作出準確選擇。
第3篇：超聲波的基本原理范文
關鍵詞：超聲波；微波；中藥提取；有效成分
超聲波和微波技術是中藥有效成分提取中的重要技術方式，在中藥及天然植物研究生產領域內得到廣泛應用，一定程度上提高了中藥有效成分提取率，節約提取時間，優化分離與制備工藝效果，并且能夠對中藥有效成分進行科學化保護。此種情況下，加大力度探討超聲波和微波技術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
在進行相關的超聲波時，只有少量的小型氣泡會發生相應的共振現象，在這些小型的氣泡在一定的程度下會發生不斷變大的現象，在相關的超聲波壓縮時，小型的氣泡還會發生相應的破滅，這種破滅在一定程度上會導致小型氣泡內部發生相關的溫度升高和壓強升高的現象。這種現象通常稱為氣化作用。
1.2 熱效應
在相關的實踐上可以知道相關的超聲波的介入在一定程度上會導致相關的內摩擦發生消耗，這種消耗會導致相關的分子內部的運動速度變快，從而引起相關的溫度升高。而且相關的實踐可以表明，超聲波的強度與相關的溫度是一種正比的關系，這也就是說在相關超聲波的強度不斷增強的過程中會發生分子內部溫度不斷升高的過程。
1.3 機械作業
超聲波可以使常溫常壓不能發生的化學反應在空化作用下發生，甚至使非常堅硬的固體被粉碎。控制一定的超聲頻率和強度，空化作用產生的極大壓力造成生物細胞壁及整個生物體破裂，而且整個破碎過程在瞬間完成，同時超聲波產生的振動作用加強了胞內物質的釋放、擴散及溶解。被浸提的物質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胞參與的生理化學過程，通過改變反應物的質量傳輸機制，提高酶的活性，加速細胞新陳代謝過程。
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，相關研究實踐表明，在超聲波強度達到一定標準后會產生強烈的空化作用，從而對中藥有效成分提取效果產生一定影響。由于不同的中藥物質內所含的物質成分存在一定差異，因此即便是在相同的超聲波強度下，也可能出現不同的藥物提取率。為保證中藥有效成分提取的有效性，應當進一步研究超聲波強度對中藥有效成分提取的實際影響，以推進中藥提取事業的穩定發展。
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重要的影響，超聲波基本原理與相應超聲波之間存在密切的關聯，通過超聲波頻率將其相關功能顯示出來，超聲波的頻率與相關氣化作用之間呈現反比例態勢，此種情況下，在不加熱條件在開展中藥有效成分提取時，可以單純通過相關超聲波實現中藥提取，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相關人士的廣泛關注。相關實踐研究表明，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，但超聲提取時間達到一定標準后，若超聲時間繼續延長，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，應當結合不同超聲作用體系合理選取超聲參數，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浸漬一段時間后，運用超聲處理技術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。微波技術與超聲波技術在中藥有效成分提取中均發揮著重要的應用價值，在天然產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，微波技術是一種現代化的提取方式，具有良好的應用效果，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用微波技術時，其能夠將細胞壁和細胞膜進行溶解和破碎處理，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人士的高度重視。微波加熱過程中促使細胞內極性物質產生，微波能被水分子吸收，進而產生較大的熱量，促進細胞內溫度升高，進一步在液態水汽化壓力作用下，細胞壁和細胞膜被沖破，并形成小的孔洞。待進一步加熱處理后，細胞內部水分明顯減少，細胞壁逐漸收縮，細胞表面出現不同程度的裂紋。先前液態水汽化壓力下沖破細胞膜后所形成的微小孔洞導致細胞外液體進入到細胞內部，并釋放出一定量的細胞產物，從而對中藥有效成分提取產生較大影響。在中藥有效成分提取過程中，應用微波技術提取中藥有效成分時，應當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
超聲和微波技術在中藥有效成分提取方法研究中的廣泛運用，但這種聯合技術的實際應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，而且還應與被提取物的結構有一定關系，今后應對超聲作用原理、藥物結構與超聲作用的關系作進一步研究，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。
目前微波技術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，富含水的部分優先破壁，而含水少的細胞則比較滯后，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，微波提取則難以進行。在微波劑量、物料厚度、自由水和結合水的含量等對提取率的影響方面尚沒有系統的研究，微波輔助提取設備也有待于進一步開發。
結束語
總而言之，超聲波和微波技術對中藥有效成分提取過程產生較大影響，通過對超聲波技術和微波技術的科學化運用，有助于推進中藥有效成分提取工作的順利高效開展。在當前社會經濟發展形勢下，應當積極加強信息技術創新，對中藥有效成分提取相關技術手段進行合理應用，從而推進中藥提取事業的穩定持續發展。
參考文獻
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生各種結構損傷。損傷的原因可以是使用、維護不當、車禍事故等人為因素,也可能是地震、風暴等自然災害。此外某些要道上交通量以大大高于預測流量的速度猛增也加劇了橋梁結構的自然老化。這些因素均導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構詳細和系統的檢測的基礎上才能妥善的進行。
2、橋梁檢測的特點
在目的方面,傳統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中開放的數據庫的數字化參數積累,對已用的橋粱設計理論提供長期的、及時的由足尺寸真實構件在真實環境下結構響應為基礎的設計驗證,繼而為研究發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計的驗證具有前所未有的優越性,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.真實的環境.真實的載荷,數據的采集具有長期性,只要橋梁“健在”,數據就可以長期地收集下去。
在實現的手段方面,傳統橋梁檢測的手段雖然有很大發展并且日趨成熟,但對這些手段的應用往往是孤立的、被動的。橋梁健康檢測通過現代的傳感與通信技術的運用使得橋梁健康檢測智能系統像人的神經系統將人體各部分協調起來一樣,將各種檢測手段通過計算機系統有機地組合在一起,利用內部數據庫和信號軟件接口實現參數的采集和存放,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系統可以實現異地數據采集,便捷、準確、安全。在發展趨勢方面,橋梁健康檢測取代傳統的橋梁檢測已是大勢所趨。橋粱健康檢測可以為業主提供更加準確和全面的檢測評定,而且可為設計人員提供前所未有的設計驗證資料和理論研究依據。
3、常見的橋梁檢測技術
3.1 聲探測技術。聲探測技術主要包括超聲波探測技術、聲發散檢測技術和沖擊一回聲檢測技術。聲探測技術是目前發展最迅速的無損檢測。超聲波探測技術的基本原理是:超聲波能夠以一定的速度在某種材料中傳播,直至達到不連續點或抵達測試物的邊界時才反射回來。超聲波探測技術即利用聲脈沖在缺陷處發生特性變化的原理來進行檢測。聲發散技術的基本原理是:大多數結構材料在受力后出現諸如塑性變形、裂紋開裂、裂紋開展等微結構損傷時,就以聲波的形式釋放能量。它的優點是可以對處干荷載作用狀態下的橋梁結構的內部材料和結構變化進行穩定的監視、并給出早期報警。沖擊――回聲是根據應力波能夠在材料中傳播的原理設計的,基本的測試方法和超聲波相似。應力波可以通過以下兩種方法產生:使用轉換器產生的應力波稱為脈沖――回聲法,使用機械沖擊器產生應力波稱為沖擊一回聲法。它同樣可以通過應力渡的強度和發生時間測定缺陷的程度和位置。
3.2 電磁渡探測技術。電磁探測技術主要包括探地雷達技術和渦流檢測技術。探地雷達是利用電磁脈沖波發射原理來實現探測目的,它是利用超高頻短脈沖(106-109H z)電磁渡探測地下介質分布的一種地球物理勘探方法。探地雷達是軍用技術民用化的典型代表,已經在建筑物、橋梁和其他結構評估中廣泛使用。其基本原理是將雷達脈沖傳進被檢測材料,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,主要應用于檢測表面損傷。當檢測線圈與導電材料的構件表面靠近,并通以交流電時,所產生的交變磁場將在構件表層產生感應電流,呈環形渦流狀。電渦流的大小與分布受構件材料介質和表層缺陷的影響,根據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
關鍵詞：超聲波檢測；衍射成像；缺陷檢測
中圖分類號：TG115.2 文獻標識碼：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TOFD是一種可以精確測量部件內部缺陷與平面曲線在壁厚方向上的高度的技術，其操作簡單直觀，與以往的超聲波技術不同。目前采用的TOFD技術是利用固體中聲波傳遞最快的縱波在缺陷端實現衍射來進行測量的，如在焊接縫的兩側利用一對尺寸、頻率、角度相同的縱波斜向探頭并使其位置對稱，一個作為發射端、一個則為接收端。發射端的縱波從側面進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傳播的側向波與底面發射波。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 超聲波成像技術在壓力容器檢測過程
2.1 檢測過程
2.1.1 檢測設備準備
采用TOFD的檢測需要利用計算機、軟件系統、探頭與之間等幾個部分組成，為了適應壓力容器的檢測，需要根據檢驗對象的材料、厚度等進行組合與應用。具體需要注意以下幾個方面：探頭型號選擇，如對75 mm以下容器壁進行檢測需要的探頭為單探頭，檢測鐵素體鋼材時應根據相關的規范進行選擇，而對奧氏體或者其他高衰減的材料應降低探頭的頻率或者增加晶片的大小。如對75 mm以上的容器壁進行檢測一定要采用組合的方式進行掃描，其組合的方式應按照相關的規范選擇；探頭距離選擇：在檢測前應對所選用的探頭的距離進行調試，以此獲得最佳的檢測效果，超聲波檢測的最佳探頭距離應按照圖1所示，并利用公式PCS＝2dtgθ進行計算，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上進行檢測和定量分析，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，才能在掃描中發現缺陷。多數檢測中，單個超聲波探頭組的增益設置是將表面的波高達到滿屏的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，因此檢測前應對聲波的速度進行校對，另外探頭的楔塊在多次使用后會產生磨損，探頭的角度會發生微量改變，檢測前必須對此進行校正，聲波速度與探頭角度可以通過橫通孔來完成調整。
2.2 檢測軟件與硬件配置
在開始進行檢測前應對軟件與硬件設備進行檢查，主要是調整其主要參數使之符合檢測需求，如：采樣率、掃描間距、速度等。采樣率選擇在50 mm內時應選擇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；掃描距離設定，按照被檢容器的尺寸和超速設備的內存來設定檢測是掃描的距離；掃描速度設定，設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量，保證不丟失數據。掃描速度應根據耦合能力和電子系統的數據存儲能力而定，通常B－掃描數據丟失不會超過整個掃描檢查量的5%，而且不要出現連續丟失的情況。
2.3 檢測操作過程
將發射探頭和接收探頭分別放置在壓力容器焊縫的兩側，首先沿著焊縫進行B－掃描，如焊縫、熱影響區沒有缺陷的時候，會觀察到2個超聲波信號，一個是聲波在表面傳播的脈沖信號；一個是時間底部反射的聲波信號，兩個脈沖信號應位于發射探頭和接收探頭之間的最短與最長聲波程內。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反射，而一部分能量則會在缺陷的上下端產生衍射效應，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針對存在缺陷的位置進行二次掃描，此次應垂直與焊縫的方向進行D－掃描，完成后保存資料為成像做準備。
3 超聲波成像技術的應用
利用超聲波進行檢測結束后就會形成一個圖形，見圖2，并可以獲得相應的形狀、尺寸等數據，在對成像進行分析的時候主要分為兩步。
第一步：根據圖像對缺陷進行的定性分析，即確定其性質，依據的是圖像的形狀和密集程度等；第二步：根據圖像對缺陷進行定量分析，主要包括尺寸、位置等參數信息，缺陷的高度則是利用其上下端的衍射信號的時間差進行計算獲得，應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行全面的定量分析，從而指導選擇處理措施。
4 結束語
利用超聲波衍射探測是一種較先進的無損檢測技術，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行描述，利用計算機來處理數據更可以很快的對缺陷完成定性與定量的分析。
參考文獻：
［1］陳偉，詹紅慶，楊貴武.超聲圖像缺陷檢測新方法［J］.無損檢測，2010（06）.
［2］郝曉軍，牛曉光，郝紅衛，代真，郭立峰.結合TOFD與脈沖反射法的復合超聲檢測系統的研制［J］.無損檢測，2010（01）.
［3］孔立峰，李樹學，羅光華，楊景標.TOFD檢測技術的應用［J］.河北工業科技，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
關鍵詞： 超聲波傳感器 原理 應用
1.引言
隨著自動化等新技術的發展，傳感器的使用數量越來越大，一切現代化儀器、設備都離不開傳感器。在工業生產中，尤其是自動化生產過程中，用各種傳感器來監測和控制生產過程中的各個參數，如溫度、壓力、流量，等等，以便使設備工作在最佳狀態，產品達到最好的質量。
20世紀中葉，人們發現某些介質的晶體（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。
現在超聲波已經滲透到我們生活中的許多領域，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生的，它的頻率在20Hz―20kHz范圍內，稱為可聞聲波。低于20Hz的機械振動人耳不可聞，稱為次聲波；高于20kHz的機械振動稱為超聲波，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中的機械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）和縱向振蕩（縱波）。工業中的應用常采用縱向振蕩。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。
3.超聲波的特點
超聲波的指向性好，不易發散，能量集中，因此穿透本領大，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的分界面時，能產生明顯的反射和折射現象，這一現象類似于光波。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、醫療、家電等各方面得到廣泛應用。
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，由發送傳感器、接收傳感器、控制部分與電源部分組成。發送器傳感器由發送器與使用直徑為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，換能器接收波產生機械振動，將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對發送的超聲波進行檢測。實際使用中，用作發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。控制部分主要對發送器發出的脈沖鏈頻率、占空比、稀疏調制和計數及探測距離等進行控制。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、電磁式等數種，在檢測技術中主要采用壓電式。由于其結構不同，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。本文以固體傳導介質為例，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，使晶片發射出一束頻率落在超聲波范圍內、持續時間很短的超聲振動波，垂直投射到試件內。假設該試件為鋼板，而其底面與空氣交界，到達鋼板底部的超聲波絕大部分能量被底部界面所反射。反射波經過一短暫的傳播時間回到壓電晶片。再利用壓電效應，晶片將機械振動波轉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，其中一片晶片發射超聲波，另一片晶片接收超聲波。雙晶探頭的結構雖然復雜一些，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玻璃斜楔塊上。當斜楔塊與不同材料被測介質接觸時，超聲波產生一定角度的折射，傾斜入射到試件中去，折射角可通過計算求得。
6.超聲波傳感器的應用
超聲波傳感器應用在生產實踐的不同方面，而醫學應用是其最主要的應用之一。超聲波在醫學上的應用主要是診斷疾病，它已經成為臨床醫學中不可缺少的診斷方法。超聲波診斷的優點是：對受檢者無痛苦、無損害，方法簡便，顯像清晰，診斷的準確率高，等等，因而受到醫務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，當超聲波在人體組織中傳播遇到兩層聲阻抗不同的介質界面時，在該界面就產生反射回聲。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。
在工業方面，超聲波的典型應用是對金屬的無損探傷、超聲波測厚和測量液位等。過去，許多技術因為無法探測到物體組織內部而受到阻礙，超聲波傳感器的出現改變了這種狀況。超聲波探測既可檢測材料表面的缺陷，又可檢測材料內部幾米深的缺陷。當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點：（1）無任何機械傳動部件，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，因此性能穩定、可靠性高、壽命長；（2）響應時間短，可以方便地實現無滯后的實時測量。
7.結語
超聲波傳感器應用起來原理簡單，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用，對今后對超聲波傳感器的進一步學習和研究有一定的參考價值和實用價值。
參考文獻：
［1］梁森，黃杭美.自動檢測與轉換技術.機械工業出版社，2007.
［2］吳旗.傳感器及應用.高等教育出版社，2002，（3）.
［3］俞志根，李天真，童炳金.自動檢測技術實訓教程.清華大學出版社.
第7篇：超聲波的基本原理范文
關鍵詞：超聲醫學；臨床實驗；研究；應用。
超聲醫學是指聲學、醫學、光學和電子學相結合的一個學科，包括超聲診斷學、超聲治療學和生物醫學超聲工程，它具有醫、理、工相結合的特點。超聲波在密度均勻的介質中勻速傳播，當通過不同密度的介質時，就會出現反射、折射、散射、衍射以及多普勒效應。多普勒效應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升高或者降低變化的一種現象。超聲波頻率越高，介入的介質吸收的越多。臨床醫生就是通過人體組織形態和結構的不同，利用其反射和折射程度的差異形成具有不同特點的圖像、波形和曲線來進行鑒別診斷，結合所學專業的醫學知識進行準確的臨床診斷，并制定針對性的治療方案進行合理治療，提高臨床治療效果。超聲醫學涉及范圍廣、直觀、安全、無痛等優點，成為現在臨床診斷疾病重要的一種技術。我院1年間應用超聲進行臨床診斷和治療，能夠準確的鑒別診斷疾病，降低了臨床誤診率，在疾病治療中，位置直觀，患者手術時間縮短，安全而且無痛，醫療費用降低，痛苦減輕，恢復較快，臨床診斷和治療效果顯著。現將2014年6月～2015年6月間來我院應用超聲進行診斷和治療的患者臨床資料進行分析，結果報告如下。
1資料與方法
1.1一般資料
選取2014年6月～2015年6月間來我院應用超聲進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月間來我院應用超聲進行診斷和治療的患者臨床資料進行分析，探討超聲技術在臨床中的應用價值。
1.2.1設備和基本原理：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、液體和固體中進行傳播，它不但具有和聲波相同的物理性質，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射進入人體發生反射、折射后在正常組織和病變組織上表現出來的差異進行分析和鑒別。醫生結合超聲結果以及生理和病理的基礎臨床醫學知識進行判斷，得出臨床結論，制定合理的治療方案，以期達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，具有重復性強，直觀性好的特點，復查時可以對比。M型超聲適合用來檢查心臟功能，觀察心臟結構以及活動狀態，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和血液循環流動情況。
1.2.3超聲診斷與臨床應用：超聲診斷主要是應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，使用不同的檢查方法將超聲順利的發射進入人體組織內進行傳播，當患者患有疾病時，正常組織或者病變組織的聲阻抗就會出現差異，組成界面上出現反射和散射，接收回波信號和檢波處理后，顯示出相應的波形、曲線或者圖形。專業的醫生結合生理和病理解剖知識，對其進行觀察、分析，可以對患病的部位、性質以及嚴重程度做出相應的判斷。超聲在臨床中的應用范圍十分廣泛，例如超聲診療、超聲霧化吸入以及白內障超聲乳化術等，為臨床醫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械效應，即超聲進入人體中前進時產生的正常反應。超聲通過振動的方式引起細胞內物質發生運動產生細胞的按摩作用，以此改變細胞膜的通透性，從而加速新陳代謝和血液循環，細胞缺血、缺氧狀態得到改善，提高了機體的再生能力達到治療的目的。
2結果
我院1年間應用超聲進行臨床診斷，降低了臨床誤診率，在疾病治療中，患者手術時間縮短，醫療費用降低，痛苦減輕，恢復較快，臨床診斷和治療效果顯著。
3討論
近年來，超聲醫學診斷技術發生了革命性的飛躍，在臨床醫學領域所占地位越來越重要，社會效益和經濟效益不斷提高，因此發展我國的超聲醫學是必然的趨勢。目前已經成為臨床疾病診斷的首選手段。超聲應用不僅擴大了臨床疾病診斷的范圍，也提高了臨床診斷的準確率，隨著超聲應用的逐漸普及，它已經成為了一種非常重要的多中國參數的系列診斷技術。它可以用來測速、測距、焊接、碎石和殺菌等等，在軍事、工業和醫學領域均有應用。醫學超聲應用的工作原理和聲波傳播相同，超聲醫學在臨床中主要應用在婦產科、外科、眼科等科室，快速對患者的疾病做出臨床診斷，節省了時間，為醫生更好的開展臨床工作提供了幫助。超聲醫學技術在醫學界發揮著重要的作用，大大的提高了臨床疾病診斷的準確率，隨著科學技術的不斷發展，超聲技術也會不斷完善，造福于全人類。我院1年間應用超聲進行臨床診斷，降低了臨床誤診率，在疾病治療中，患者手術時間縮短，醫療費用降低，痛苦減輕，恢復較快，臨床診斷和治療效果顯著，值得臨床醫生和實驗人員借鑒和進一步推廣使用。
參考文獻：
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[3]徐金鋒，劉慧玉，臨床超聲醫學教學改革的探索與實踐[J]，重慶醫學，2008，37（9）：998～999；
[4]伊立雪，超聲醫學高新技術現狀和發展趨勢[J]，中國醫療器械信息，2010，29（5）：4～8；
第8篇：超聲波的基本原理范文
【關鍵詞】聲波透射法；基樁；完整性檢測
1 引言
在現行的檢測技術中，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用。在橋梁基樁樁身完整性檢測中，聲波透射法充分發揮了其準確性高，可定量分析出樁身缺陷的大小和確切部位的優點，具有較高的實用價值。
2 聲波透射法測試原理及方法
內部的結構特性與外部環境條件等很多因素會制約混凝土的物理力學性質，混凝土的應力應變關系反應于它的聲波傳播特性。根據彈塑性介質中的波動理論，其應力波波速為：
其中E為介質的動態彈性模量；ρ為密度；μ為泊松比。混凝土的彈性模量和介質的強度之間存在一定的相關性。超聲檢測的理論依據是混凝土介質的物理力學指標（強度、密度、動彈模等）與超聲波的各種傳播參數（波幅、聲時值、衰減系數和聲速等）之間的相關關系。當混凝土介質的構成材料以及均勻度、施工條件等所有內、外因素大多數一致時，超聲波在其中的傳播參數也會是一致的；超聲波在傳播中遇到存在缺陷的混凝土介質時，超聲波會產生異變，聲時、聲速、聲幅、頻譜等各項參數都會產生變化，檢測樁基完整性可通過高精密聲波發射-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 主要儀器設備
超聲檢測儀器設備主要采用：中國科學院武漢巖土研究所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埋聲測管內注滿清水，用鋼卷尺準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，基樁聲波透射法現場檢測示意圖參見圖1。為保證檢測的準確性，確保各測點發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，如果發現測試結果異常，則必須對數據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行檢測。
圖1 樁基聲波透射法現場檢測示意圖
3.3 數據處理及判定
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
在混凝土中超聲波的傳播速度（波速）Vp依據實測聲時值tp、測距L計算得出：
其中：
t0為聲時值初讀數，t/為聲時值修正值。
式中D為測管外徑，d為測管內徑，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準差。
如果實測混凝土聲速值低于聲速臨界值，則應將其作為可疑缺陷區。
（2） 波幅判據
用波幅平均值減6dB作為波幅臨界值，當實測波幅低于波幅臨界值時，應將其作為可疑缺陷區。
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。
（3） PSD判據
采用斜率法作為輔助異常判據，當PSD值在某測點附近變化明顯時，應將其作為可疑缺陷區。
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；
如果發現混凝土聲速和波幅值出現異常并判為可疑缺陷區，必須用水平加密、等差同步或扇形掃測等方法進行更細致的測量，結合波形分析確定樁身混凝土缺陷的位置及其嚴重程度。
4 結語
隨著現代鐵路、公路的繁榮發展，很多重點工程都要求對樁基進行超聲波無損檢測。聲波透射法優點眾多，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，旨在給該領域提供簡單參考，還有很多缺陷和不足，有待進一步去完善。
參考文獻
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第9篇：超聲波的基本原理范文
超聲診斷儀有各種檔次，先進的高檔儀器結構復雜，具有高性能、多功能、高分辨率和高清晰度等特點。它們的基本構件包括發射、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：主機和探頭。
探頭原理：儀器是通過探頭產生入射超聲波（發射波）和接受反射超聲波（回波）的，它是診斷設備的重要部件。高頻電能使探頭中的晶體發生機械振動，產生超聲波。接受回波的機械振動又可以通過探頭轉換成電脈沖。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。
壓電效應原理：壓電效應泛指晶體處于彈性介質中的一種電可逆特性，此現象是法國物理學者居里兄弟于1880年所發現，所以也被稱為居里效應，見圖1。
B型超聲診斷儀是超聲診斷儀的一種，是一般醫院常用的診斷設備。B超按結構主要由探頭、發射接收電路、模擬信號處理電路、鍵盤控制電路、數字掃描變換器、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、穩壓等部分組成。它是給整機提供了隨電網電壓變化的穩定電壓，多數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熱。所以要加裝交流穩壓器來穩定電源電壓采取安裝空調來降低室內溫度和定期清除機器內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下，會有一系列的發熱元件。當散熱不良時，就可以造成這些元件因過熱而損壞或使線路板開焊。溫度過高可引起機器多處發生故障，所以通風和降溫對B超機來說是非常重要的，這樣可以更好的保證機器正常工作。
3 鍵盤部分
鍵盤由多功能鍵和數字字母鍵組成，由于生產機器的廠家不同，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，多數是由于導電橡膠的老化或灰塵、觸點氧化所致。B超機的防塵是十分重要的。機器安放的標準條件是，有空調設備、干燥、通風、潔凈的房間，即使這樣機器還要定期的清灰保養（每年至少一次）這樣將可以大大減少機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總價的一半，所以修復保養探頭具有很高的經濟價值。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，結構也類似，在熟練掌握B超儀基本原理的基礎上，根據機器自檢系統提供的信息為線索，在較短的時間內修復探頭是完全可以做到的。B超探頭有線陣探頭和機械扇掃探頭。其中機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，通常是探頭本身驅動電機損壞，修理起來比較麻煩，需要把探頭鋸開，更換壞的驅動電機。
下面具體敘述幾例探頭的故障和解決方法。
例1故障現象：使用多年的B超機，顯示器圖像出現嚴重干擾，滿屏出現雪花般的光點，閃爍感強烈，且無法調節輝度。
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導致電纜線內部導線斷裂。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通，導通后，將此根導線的屏蔽接好并纏好膠帶。如果多根斷裂，方法同上。試機，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故障現象：B超機檢測圖象的扇區有黑帶，掃描扇區有黑色條狀干擾。
分析與檢修：B超探頭內部多數采用的是壓電晶體，長期使用后會造成晶體自然老化。不規范的使用或摔、碰等外力擊打會造成探頭晶體的損傷，機器檢測出來的圖象就會出現信號衰減、圖象有黑影，黑條、干擾、缺損等盲區，嚴重時會沒有圖象。這類故障是由超探頭晶片短路導致的。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有短路。更換相應的晶片或晶片組，使得探頭恢復以前的特性，干擾消失。
例3故障現象：B超圖象中出現垂直暗條。用手擠壓探頭垂直暗條處，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物質，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，尤其是因耦合劑進入下層造成的腐蝕，不僅會造成偽影等盲區，造成醫生的誤診嚴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，然后解開紗布開機檢測下，故障消失，探頭恢復正常使用。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量，會造成圖像干擾、不清，嚴重時會從前端出現感應電流，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，維修應變被動為主動，可對探頭定期進行保養性檢修。在平時的使用中，應該注意到以下幾點：從主機上插拔探頭前，應先把主機電源切斷；使用中輕拿輕放，不能硬拉或使電纜線打折，嚴禁敲打、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，不要用水或有機溶劑擦洗，以免探頭內部電路進水或損壞；探頭保護盒中應保持干燥和清潔，室內要保持一定的溫度與濕度，要裝配穩壓器和地線。
5 總結
維修工程技術人員不僅要熟悉B超機工作原理，還要熟悉探頭的各個部件和作用。因為B超機的工作原理相通，各種探頭的結構也相似。在掌握機器基本原理的基礎上，根據故障現象結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，根據機器的自檢系統提供的信息為線索，根據探頭各部件之間存在的密切聯系，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節。預防性維護保養也很重要，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防性維修來避免。
參考文獻：
