導語：如何才能寫好一篇超聲波的基本原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：超聲檢測；混凝土結構；影響因素

中圖分類號：TU112.7文獻標識碼：B文章編號：1009-9166（2011）017(C)-0151-01

引言：超聲波法是一種重要的混凝土強度檢測方法，其檢測過程對混凝土材料沒有損傷，也不影響建筑結構或構件的使用性能，重復或復檢方便，重復性良好，因而在混凝土檢測中應用非常廣泛。本文簡要探討混凝土結構超聲檢測的基本原理及影響因素。

一、超聲波檢測混凝土的基本原理分析

混凝土超聲檢測是混凝土非破損檢測的一項非常重要的技術，在國內外都取得了廣泛的應用。發(fā)射換能器以一定重復頻率間斷地發(fā)射出超聲脈沖波，它不具有單一頻率而是所謂復頻波，各種頻率成分的波將以不同速度傳播。超聲波檢測技術中的主要聲學測量參數(shù)有以下幾個，可以從這幾個參數(shù)來簡要分析超聲波檢測混凝土的基本原理分析。1、聲速。超聲波在混凝土中的傳播速度，其同混凝土內部結構（孔隙、材料組成等）有關，同混凝土的彈性性質有關。通常混凝土的彈性模量越高，內部越致密，聲速也越高。所以在超聲波檢測時，如混凝土內部有空洞、蜂窩體等缺陷時，聲時值會有所增大，聲速也會相應地降低。在結構混凝土檢測中，聲速還會受到探頭的種類和安置位置等自身因素的影響，所以為提高測量的精度，就應控制好測量聲速和聲程，最大限度地排除各種干擾。2、振幅。接收波振幅一般指的是第一個波前半周的幅值，也即是首波，接收到的超聲波信號越強，振幅越大，當發(fā)射出的超聲波強度一定時，就可以通過振幅的大小來反映混凝土粘塑性能，由于混凝土的強度同其彈性性能和粘塑性能有關，因而振幅也可體現(xiàn)混凝土的強度。采用超聲波檢測時，如果混凝土存在裂縫或缺陷時，便會引起超聲波的繞射或反射，從而減弱振幅值。3、頻率。由于在超聲波檢測中，聲脈沖信號包含了一系列不同頻率成分的余弦波分量，它們在傳播過程中高頻部分首先衰減，所以超聲波愈往前傳播，其高頻成分愈小，主頻率下降的多少不僅同傳播距離有關，還與混凝土的質量、強度及內部缺陷情況有關，故可以測量超聲波通過混凝土后頻率的變化來判斷其質量情況。4、波形。正常的混凝土，超聲波在顯示屏上而顯示的接收波波形為衰減正弦波；如果混凝土內部存在缺陷、裂縫或者疏松，就會改變傳播路徑，最后在顯示屏上出現(xiàn)畸變波，故可將波形作為判斷混凝土內部缺陷的一種輔助參數(shù)。

二、超聲波在混凝土中傳播的基本特性

混凝土為多相凝聚體，主要由砂、石、水泥及孔隙等構成，其內部存在各種不同的界面，超聲波在內部傳播時，遇到這些界面，便出現(xiàn)折射或反射等現(xiàn)象，這些都使得超聲波在混凝土中傳播時衰減大，并且傳播時指向性較差；此外，由于會因界面反射和折射而曲折，使得在混凝土中存在缺陷時便不沿直線傳播；最后采用超聲波檢測混凝土時，探頭所接收的信號是一次聲波和二次聲波的疊加。

三、超聲波法檢測混凝土強度影響因素分析

1、原材料及配合比。不同的混凝土原材料使超聲聲速值有差異，就算采用的原材料相同，不同的配合比也會產生不同的聲速值。（1）水泥品種。不同的水泥配制的混凝土，其早齡期的強度發(fā)展規(guī)律是不一樣的，所以對于早齡期的混凝土檢測，應將水泥品種作為一個考察因素，但對于較長齡期的混凝土，就可忽略水泥品種的影響。（2）粗骨料的品種和含量。一般來說石子的品種對超聲波檢測的影響并不顯著，在利用測強曲線的時候甚至可忽略這一因素。雖然碎石和卵石石質相同，對聲速影響較小，但碎石表面粗糙，有利于水泥和骨料的粘結，因而強度會略高。在混凝土強度相同的情況下，粗骨料含量越高，超聲聲速值越大。（3）礦物細摻料。當前的混凝土都傾向于高強、高性能，因而也開始廣泛地摻加礦物細料，如摻加硅灰會有效提高混凝土的強度，也會提高超聲波傳播的聲速，這是因為硅灰顆粒細小，具有高度的分散性，填充在水泥之間后會提高整體的密實度，所以也會提高超聲聲速值。（4）砂率。混凝土砂率控制的好壞會影響混凝土的密實度和粘聚性，從而對聲速的影響也較大。（5）配合比。各種材料相同的混凝土，由于配合比不同，也會造成超聲聲速存在差異，如超聲波在粗骨料偏多的混凝土中傳播會更快，對于水灰比大的混凝土水分蒸發(fā)多，孔隙多，也會降低聲速。2、外部條件。（1）齡期。在早齡期的混凝土中，混凝土強度的增加會引起聲速值的增加，并且后者的增長速度要大于前者，隨著齡期增加，前者的增長速度也會逐漸大于后者。（2）養(yǎng)護方法。通?；炷猎谒叙B(yǎng)護時比在空氣中養(yǎng)護時水化要更充分，相應地減少了毛細孔孔隙率，故也會提高聲速。（3）溫度和含水率。當溫度超過50℃時，聲速隨溫度的升高而降低；含水率越高時，水分會填滿孔隙，使得超聲波傳播速度也大。3、其他條件。（1）結構中的鋼筋。由于超聲波在鋼筋中的傳播速度比在混凝土中要大很多，所以在檢測含有鋼筋的混凝土時，往往需要根據(jù)實際情況對檢測得到的超聲聲速值予以修正。（2）混凝土中缺陷與損傷。若混凝土中存在裂縫，混凝土的強度就不能用超聲波來檢測，檢測過程中如果首波形狀發(fā)生改變，則表明混凝土內部存在缺陷，便不得以超聲聲速換算混凝土強度。

結束語：了解混凝土結構超聲檢測的基本原理和影響因素，有助于更好地再混凝土檢測中運用這種技術，提高檢測的準確度，從而對混凝土結構進行有效地評價，以及對受損構件采取有效的加固措施。

作者單位：廣東榮基鴻業(yè)建筑工程總公司

參考文獻：

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摘 要 利用超聲波測量距離具有原理簡單、抗干擾能力強等優(yōu)點，因此超聲波測距裝置也具備了結構簡單，工作情況穩(wěn)定的優(yōu)勢，被廣泛采用。本文通過對其工作原理的介紹和設計實例的分析，介紹了超聲波測距裝置的基本構造和工作過程。

關鍵詞 基本原理 裝置特征 裝置設計

一、超聲波測距裝置的研究

1．裝置的應用和基本原理

利用超聲波進行距離測量的主要是發(fā)揮其受外界干擾較小的優(yōu)勢，而且傳感器的結構相對簡單，成本不高。在測量的過程中傳輸?shù)穆曨l不高，便于接收元件識別和計算。因此在機器人研制、車輛輔助系統(tǒng)、測量測繪等方面得到了廣泛的應用。而且電子技術的發(fā)展讓新型的電氣元件和傳統(tǒng)的超聲波理論有機的結合起來，拓展了該技術領域的空間。目前超聲波測距裝置主要利用的是陶瓷超聲波能量轉器，作為固體超聲波發(fā)生裝置，發(fā)生超聲波的頻率為40kHz的固定頻率，利用先進的單機芯片負責聲波的收發(fā)，從而計算發(fā)射和接收的微量時間差測算出目標距離，這就是超聲波測距的原理。

2．超聲波測距裝置特征

從理論上看，超聲波發(fā)生裝置的電壓越高效果越好，這是因就同一個發(fā)生系統(tǒng)來看，電壓越高其發(fā)出的超聲波功率也就越大，這樣在接收裝置上接到的回波功率也就越高，測量也就越準確。但是在實際的應用過程中，設備的應用的工作電壓是不可能超過一個極限的，如果超負荷運行就會對裝置造成不可修復的損傷。因此在實際的工作中發(fā)射模塊所產生的脈沖電壓是相對的高，而不能無限的放大。基于這樣的條件限制，在發(fā)射部分的電脈沖信號發(fā)出后，由物體反射回的信號當然也就受到一定的限制，其引起的壓電晶片產生的電壓當然也就較低，而且在其中還會混入一些環(huán)境因素導致的雜波，讓裝置出現(xiàn)錯誤。所以，在超聲波測距裝置的設計過程中需要著重研究系統(tǒng)對回收信號的處理，除了需要必要的放大外，也需要進行過濾，要達到芯片能夠處理的強度。

二、超聲波測距裝置的設計

超聲波裝置的設計因為采用的元件有所差異，其設計的思路也不盡相同，但是其工作的原理、裝置組成、工作過程是基本一致的，因此下面選擇一種設計方式進行簡要的介紹。

1．裝置單機芯片功能選擇

一般的超聲波測距裝置主要的系統(tǒng)構成為發(fā)射、接收放大、溫度測量、數(shù)據(jù)處理這四個模塊，以滿足其功能實現(xiàn)。本例中采用的是低電壓高性能的單機芯片，具備可編程存儲器。這一款單機芯片由Atmel公司出品，可以完全與工業(yè)用80C51產品進行兼容，指令和腳本沒有沖突。芯片的可編程存儲器完全可以適應各種裝置的設計需求，滿足應用功能。

2．裝置的發(fā)射電路設計

在超聲波裝置的應用過程中，理論認為40kHz的超聲信號是理想頻率。因此在利用555電路的時候電路產生的40kHz的超聲波，其振蕩可以利用公式：f≈1.43÷（（R1+2×R2）×C1）進行計算，其中R2采用的是可調節(jié)電阻，主要是為了實現(xiàn)轉換頻率的一致性。在設計的過程中R1、R2、C1這三個參數(shù)的選取可以利用軟件進行選取，最后進行測試以保證準確。而且為了能夠保證555的驅動能力裝置采用了12伏電源進行供電。工作中555電路產生的40kHz方波通過元件調整，讓超聲波換能器發(fā)出超聲波，而且在過程中利用單機芯片通過555的高低電平來實現(xiàn)超聲波的發(fā)射控制。

3．回波接收的電路設計

裝置的設計關鍵就在于對回波的處理，因為反射回來的聲波信號十分的微弱，因此必須經過放大電路的放大，才能保證識別和計算。裝置接收到聲波信號后，先經過電容的耦合，然后加載到預算放大器上進行兩級放大，這里可以采用NE5532，這不僅是因為回波的頻帶寬，噪聲低，更是為了其共模抑制大，電源電壓抑制小，因此偏置電壓小。而且工作的性能較好，價格合理。在這里實現(xiàn)的兩級放大分別為100倍，得到的最終信號放大了10000倍。放大的信號采用電子元件進行比較和調整，通過電阻對其進行調節(jié)已選擇不同的比較電壓，達到對測量距離的調整。

4．裝置的溫度補償設計

超聲波在傳播的過程中可以對其產生影響的因素包括濕度、壓力、溫度，實踐證明溫度對其影響最大。因此在超聲波測距裝置的設計中應當加入必須的溫度補償模塊，以保證裝置的適應性。在這里應用的是根據(jù)超聲波的特性總結出的經驗公式：V=331.5+0.607T以此作為測距中波速的補償，V是實際速度，T為溫度。一般的裝置都會采用數(shù)字溫度傳感器來采集現(xiàn)場溫度，并對波速進行補償。其中如：DS18B20的應用，它是一總線器件，不需要其他調理電路，就能和單片機直接相連。工作過程是，通過DS18B20單片機可以實時采集溫度值，在進行測量時將溫度補償給波速，保證單機芯片計算出該溫度下的超聲波速度。

三、結束語

目前超聲波測距裝置在電子技術的支持下，已經實現(xiàn)了集成化的控制。設計中利用電機芯片作為控制核心，通過簡單的編程保證各部元件的相互配合，已經成為了設計的主要思路和方向。這能夠讓超聲波測距裝置更為簡單小巧，應用范圍也不斷擴展。

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人耳能聽到的聲音頻率為20Hz-20KHz,低于20Hz的聲波為次聲波,人耳是聽不到的,高于20KHz的聲波為超聲波,人耳也是聽不見的。超聲波之所以被廣泛用于醫(yī)療領域是因為他有許多奇妙的特點: 1.由于超聲波頻率高、波長短,他可以像光那樣沿直線傳播,使得我們有可能向某已確定方向上發(fā)射超聲波,2.聲波是縱波,可以順利地在人體組織里傳播。3. 超聲波遇到不同的介質交接面時會產生反射波,這些特點構成了今天超聲儀器在醫(yī)學領域廣泛應用的基礎。

B超成像的基本原理是:向人體發(fā)射一組超聲波,按一定的方向進行掃描。根據(jù)監(jiān)測其回聲的延遲時間,強弱就可以判斷臟器的距離及性質。經過電子電路和計算機的處理, 形成了我們今天的B超圖像。B超的關鍵部件就是我們所說的超聲探頭 (probe),其內部有一組超聲換能器,是由一組具有壓電效應的特殊晶體制成。這種壓電晶體具有特殊的性質,就是在晶體特定方向上加上電壓,晶體會發(fā)生形變,反過來當晶體發(fā)生形變時,對應方向上就會產生電壓,實現(xiàn)了電信號與超聲波的轉換。

B超工作過程為: 當探頭獲得激勵脈沖后發(fā)射超聲波, (同時探頭受聚焦延遲電路控制,實現(xiàn)聲波的聲學聚焦。) 然后經過一段時間延遲后再由探頭接受反射回的回聲信號,探頭接收回來的回聲信號經過濾波,對數(shù)放大等信號處理。然后由DSC電路進行數(shù)字變換形成數(shù)字信號,在CPU控制下進一步進行圖像處理, 再同圖表形成電路和測量電路一起合成視頻信號送給顯示器形成我們所熟悉的B超圖像,也稱二維黑白超聲圖像。

彩超在黑白B超圖像基礎上加上以多普勒效應原理為基礎的偽彩而形成的。那么何謂多普勒效應呢,當我們站在火車站臺上聽有遠處開來的火車笛叫聲會比遠離我們的火車笛叫聲音調要高,也就是說對于靜止的觀測者來說,向著觀測者運動物體發(fā)出的聲波頻率會升高,相反頻率會降低,這就是著名的多普勒效應?，F(xiàn)代醫(yī)用超聲就是利用了這一效應,當超聲波碰到流向遠離探頭液體時回聲頻率會降低,流向探頭的液體會使探頭接收的回聲信號頻率升高。利用計算機偽彩技術加以描述,使我們能判定超聲圖像中流動液體的方向及流速的大小和性質,并將此疊加在二維黑白超聲圖像上,形成了我們今天見到的彩超圖像。

二、 適用對象及范圍

JJG639-1998《醫(yī)用超聲診斷儀超生源》檢定規(guī)程的適用對象除單純的B超外還包括彩超及彩超中的黑白超。

現(xiàn)今通用B超多為多探頭的,高檔的可配十幾種,但規(guī)程所明確檢定范圍僅涉及腹部、心臟、小器官檢查診斷所用的機械扇掃、平面線陣、凸陣而不包括腔內探頭和活檢穿刺探頭。

三、 操作要點

(一)聲輸出檢測

為確保臨床安全,與之密切相關的聲輸出參數(shù)即輸出聲強,應小于10mW/cm2檢定中應注意兩個問題,因為毫瓦功率計是一種靈敏、準確度高的超聲微功率測量儀器,水中的測量靶應處于完全靜止狀態(tài),確保周圍無任何干擾(如:有人員走動或有氣流)盡量避免其震動。對儀器探頭為凸陣、相控陣探頭,必須在現(xiàn)有功率計上加裝掩膜,測量1cm長度內的有界功率計,以保證全部聲能都射在輻射力天平的靶位上面無遺漏。

(二)盲區(qū)檢測

近場聚焦、中等增益、高對比度、中等亮度、線陣探頭在一幅內完成判讀,其他探頭沿聲窗平移,依次讀出靶線。

(三)探測深度檢測

功率輸出最大,遠場聚焦,高增益,高對比度,高亮度,線陣耦合于縱向靶群上方,其他探頭的縱向軸線必須對準縱向靶群。讀取縱向靶群中能夠明確成像靶線到聲窗的距離(總增益調滿時TGC失去作用)。

(四)軸向、側向分辨率的檢測

低增益,高對比度,將探頭耦合于所測靶群正上方聲窗表面,從體膜的最淺處開始分別聚焦所對應的靶群,依次讀出所能分辨的最小軸向、側向靶線間隔,軸向分辨率取決于超聲波脈寬。側向分辨率取決于聲束寬度,但靶線圖像的橫向鋪展表現(xiàn)與儀器的焦點位置、與增益及亮度條件關系極大,在操作中應尤為注意。另外,在讀取側向靶線間隔時,若探頭置于靶群的斜上方,在靶線圖像為“斜線”的情況下讀分辨力是嚴重的操作錯誤。正確的操作是:探頭置于靶群的正上方,在其圖像為“橫線”的情況下進行判讀,相鄰靶線圖像必須完全斷開,不能“是斷非斷”。

(五)幾何誤差的檢測

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關鍵詞：超聲波流量計 應用 管理

隨著電子技術、數(shù)字技術和聲楔材料等技術的發(fā)展，利用超聲波脈沖測量流體流量的技術發(fā)展很快?；诓煌?，適用于不同場合的各種形式的超聲波流量計已相繼出現(xiàn)，其測量準確的優(yōu)點，也使其成為化工行業(yè)測量流速的首選工具。

1.超聲波流量計的測量原理

超聲流量計是通過檢測流體流動時對超聲束的作用，以測量體積流量的儀表。超聲波流量儀的傳感器是將傳感器直接捆綁在被測管道的外表面，從而實現(xiàn)流量測量的一種安裝方式，解決了其它原理的流量儀在安裝時必須斷管、停產的難題，是超聲波流量儀的基本安裝方式，具有與管徑無關、安裝簡單、無需停產、無壓力損失等特點。超聲波流量計常用的測量方法為傳播速度差法，其基本原理都是測量超聲波脈沖順水流和逆水流時速度之差來反映流體的流速，從而測出流量。它利用聲波在流體中傳播時因流體流動方向不同而傳播速度不同的特點,測量它的順流傳播時間t1和逆流傳播時間t2的差值,從而計算流體流動的速度和流量。設流體中聲速為c，流體流動速度為v，把一組換能器P1、P2與管渠軸線安裝成?茲角，換能器的距離為L。從P1到P2順流發(fā)射時，聲波傳播時間t1為：t1=L/(c+vcos?茲)從P2到P1逆流發(fā)射時，聲波的傳播時間t2為：t2=L/(c+vcos?茲)

超聲波流量計由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測流體中，吸收器吸收到的超聲波信號，經電子線路放大并轉換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算。傳感器具有：方便安裝的外縛式、可靠工作的插入式、高可靠高精度的標準管段式、超高精度的標準型?仔管段式。超聲波流量計的重要特點是：流體中不插入任何元件，對流速無影響，也沒有壓力喪失；能用于任何液體，特別是具有高黏度、強腐化，非導電性等性能的液體的流量測量。

2.超聲波流量計的現(xiàn)場應用情況

在相距為L的兩處放置兩組超聲波產生器和吸收器（T1，R1）和（T2，R2）。當T1順方向，T2逆方向發(fā)射超聲波時，超聲波分辨達到吸收器R1和R2所需要的時間為t1和t2，則t1=L/(c+u)t2=L/(c-u)由于在工業(yè)管道中，因此兩者的時間差為t=t2-t1=2Lu/cc由此可知，當聲波在流體中的流傳速度c已知時，只要測出時間差t即可求出流速u，進而可求出流量Q。

3.超聲波流量計的現(xiàn)場管理

3.1是傳播時間法只能用于清潔液體和氣體，不能測量懸浮顆粒和氣泡超過某一范圍的液體，外夾裝換能器不能用于襯里或結垢太厚的管道。一般均安裝于水平、傾斜或垂直管道，垂直管道最好選擇自下而上流動的場所，以防止測量點出現(xiàn)非滿管流。

3.2是流體運行流速不能過低，過低的流速會使離散體分布不均勻。若測量管水平安裝，氣體會浮升在頂部流動，顆粒會沉淀于底部。最低流速通常為0.1-0.6m／s。

3.3是需定期檢查換能器是否松動，與管道之間的粘合劑是否良好即可，流量傳感器上的傳感器盡可能在與水平直徑成45度的范圍內，在測量液體時換能器聲波表面易受氣體或顆粒影響，測量液體時必須充滿液體，最高溫度為150℃，環(huán)境的相對濕度≤90RH。

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[關鍵詞]超聲波 傳感器 疾病診斷 測距系統(tǒng) 液位測量

一、超聲波傳感器概述

1.超聲波

聲波是物體機械振動狀態(tài)的傳播形式。超聲波是指振動頻率大于20000Hz以上的聲波,其每秒的振動次數(shù)很高,超出了人耳聽覺的上限,人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。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)及縱向振蕩(縱波)。在工業(yè)中應用主要采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播,其傳播速度不同。另外,它也有折射和反射現(xiàn)象,并且在傳播過程中有衰減。超聲波在媒質中的反射、折射、衍射、散射等傳播規(guī)律,與可聽聲波的規(guī)律并沒有本質上的區(qū)別。與可聽聲波比較,超聲波具有許多奇異特性:傳播特性──超聲波的衍射本領很差,它在均勻介質中能夠定向直線傳播,超聲波的波長越短,這一特性就越顯著。功率特性──當聲音在空氣中傳播時,推動空氣中的微粒往復振動而對微粒做功。在相同強度下,聲波的頻率越高,它所具有的功率就越大。由于超聲波頻率很高,所以超聲波與一般聲波相比,它的功率是非常大的?？栈饔茅ぉぎ敵暡ㄔ谝后w中傳播時,由于液體微粒的劇烈振動,會在液體內部產生小空洞。這些小空洞迅速脹大和閉合,會使液體微粒之間發(fā)生猛烈的撞擊作用,從而產生幾千到上萬個大氣壓的壓強。微粒間這種劇烈的相互作用,會使液體的溫度驟然升高,從而使兩種不相溶的液體(如水和油)發(fā)生乳化,并且加速溶質的溶解,加速化學反應。這種由超聲波作用在液體中所引起的各種效應稱為超聲波的空化作用。

超聲波的特點:(1)超聲波在傳播時,方向性強,能量易于集中;(2)超聲波能在各種不同媒質中傳播,且可傳播足夠遠的距離;(3)超聲波與傳聲媒質的相互作用適中,易于攜帶有關傳聲媒質狀態(tài)的信息(診斷或對傳聲媒質產生效應)。

2.超聲波傳感器

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。以超聲波作為檢測手段,必須產生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器,習慣上稱為超聲換能器,或者超聲探頭。

超聲波探頭主要由壓電晶片組成,既可以發(fā)射超聲波,也可以接收超聲波。超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構成晶片的材料可以有許多種。超聲波傳感器主要材料有壓電晶體(電致伸縮)及鎳鐵鋁合金(磁致伸縮)兩類。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛(PZT)等。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?它可以將電能轉變成機械振蕩而產生超聲波,同時它接收到超聲波時,也能轉變成電能,所以它可以分成發(fā)送器或接收器。有的超聲波傳感器既作發(fā)送,也能作接收。 超聲波傳感器由發(fā)送傳感器(或稱波發(fā)送器)、接收傳感器(或稱波接收器)、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,換能器作用是將陶瓷振子的電振動能量轉換成超能量并向空中幅射;而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(fā)送的超進行檢測?？刂撇糠种饕獙Πl(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調制和計數(shù)及探測距離等進行控制。

二、超聲波傳感器的應用

1.超聲波距離傳感器技術的應用

超聲波傳感器包括三個部分:超聲換能器、處理單元和輸出級。首先處理單元對超聲換能器加以電壓激勵,其受激后以脈沖形式發(fā)出超聲波,接著超聲換能器轉入接受狀態(tài),處理單元對接收到的超聲波脈沖進行分析,判斷收到的信號是不是所發(fā)出的超聲波的回聲。如果是,就測量超聲波的行程時間,根據(jù)測量的時間換算為行程,除以2,即為反射超聲波的物體距離。把超聲波傳感器安裝在合適的位置,對準被測物變化方向發(fā)射超聲波,就可測量物體表面與傳感器的距離。超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器,但一個超聲波傳感器也可具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用。超聲波傳感器是利用壓電效應的原理將電能和超聲波相互轉化,即在發(fā)射超聲波的時候,將電能轉換,發(fā)射超聲波;而在收到回波的時候,則將超聲振動轉換成電信號。

2.超聲波傳感器在醫(yī)學上的應用

超聲波在醫(yī)學上的應用主要是診斷疾病,它已經成為了臨床醫(yī)學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、診斷的準確率高等。

3.超聲波傳感器在測量液位的應用

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。超聲波測量方法有很多其它方法不可比擬的優(yōu)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,不怕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)其響應時間短可以方便的實現(xiàn)無滯后的實時測量。

4.超聲波傳感器在測距系統(tǒng)中的應用

超聲測距大致有以下方法:①取輸出脈沖的平均值電壓,該電壓 (其幅值基本固定)與距離成正比,測量電壓即可測得距離;②測量輸出脈沖的寬度,即發(fā)射超聲波與接收超聲波的時間間隔 t,故被測距離為 S=1/2vt。如果測距精度要求很高,則應通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ３暡y距適用于高精度的中長距離測量。

三、小結

文章主要從超聲波與可聽聲波相比所具有的特性出發(fā),討論了超聲波傳感器的原理與特點,并由此總結了超聲波傳感器在生產生活各個方面的廣泛應用。但是,超聲波傳感器也存在自身的不足,比如反射問題,噪聲問題的等等。因此對超聲波傳感器的更深一步的研究與學習,仍具有很大的價值。

參考文獻:

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[2]栗桂鳳,周東輝,王光昕.基于超聲波傳感器的機器人環(huán)境探測系統(tǒng).2005,(04).

[3]童敏明,唐守鋒.檢測與轉換技術.中國礦業(yè)大學出版社.

篇6

關鍵詞：鋼管混凝土 檢測方法 澆筑質量

所謂“鋼管混凝土”是指在鋼管中填充混凝土而形成的構件。其工作的基本原理是利用鋼管對混凝土的約束作用使混凝土處于復雜應力狀態(tài)，從而使混凝土的強度得以提高，塑性和韌性性能大為改善。同時，由于混凝土的存在可以避免或延緩鋼管發(fā)生局部屈曲，可以保證其材料性能的充分發(fā)揮。然而，由于鋼管混凝土是由兩種截然不同的材料組合在一起。一方面，其親和力有限；另一方面，混凝土的施工工藝是在實際施工過程中是向鋼管內灌注混凝土，無法保證鋼管內部完全均勻充實而無缺陷。所以鋼管混凝土的施工屬于隱蔽工程，看不見摸不著。對管內混凝土是否存在蜂窩、麻面、夾渣、結合不良等缺陷完全不知，且這些缺陷在實際工程中是不可避免的。因此采取科學有效的方法，對鋼管混凝土結構進行質量檢測是非常必要的。

一、鋼管混凝土的一般缺陷

（1）蜂窩離析。由于施工時混凝土的配比不合適，使水泥漿與粗骨料分離或靠混凝土自重使得填充不夠密實，容易產生蜂窩離析現(xiàn)象。蜂窩大都出現(xiàn)在鋼管內部混凝土難以澆筑密實的部位。主要是由于混凝土配合比不當，攪拌不均勻，施工方法不當?shù)仍蛟斐伞?/p>

（2）孔洞。施工中選料不細致，混凝土中出現(xiàn)大的礫石，在無振搗的情況下，大礫石附近容易出現(xiàn)孔洞；有時鋼管壁內有障礙物使得混凝土塌落不暢或受阻則更易出現(xiàn)孔洞現(xiàn)象。

（3）脫黏。鋼管壁與核心混凝土黏結不良、局部脫空。造成鋼管混凝土脫黏的主要原因有：①混凝土配合比設計不當，如配置的混凝土膨脹率較低，不足以彌補混凝土的自收縮和泵送施工過程中形成的氣模；或拌制的混凝土離析、黏聚性不好，結構頂面浮漿較多，造成沉降收縮。②管壁內除銹未盡，或黏結處滲入一些空氣，使管壁與混凝土接觸處形成不良膠結。③溫度變形，鋼管和混凝土的熱膨脹系數(shù)、導熱系數(shù)不同。④受軸壓作用，鋼管與核心混凝土間存在徑向應力，超過一定的軸向壓力荷載時，鋼管與混凝土即發(fā)生脫空現(xiàn)象。

二、一般檢測方法

目前非金屬超聲波探測技術在混凝土結構非破損檢測中應用十分廣泛（超聲回彈法），它對確定混凝土強度等級及檢測內部缺陷與勻質性效果良好。然而，由于鋼管混凝土是一種由鋼管與混凝土組合而成的建筑構件，不同介質的組合增加了檢測難度。因此對鋼管混凝土內部混凝土質量的檢測一直沒有一個適當、可靠和簡便的方法。國內外檢測技術中應用較為廣泛的鋼管混凝土內部質量檢測方法主要有人工敲擊法，超聲波檢測法，射線檢測法等。

2.1人工敲擊法

敲擊法是最常用的檢驗鋼管混凝土澆筑質量的檢測方法，這種檢查方法由檢查者聆聽敲擊鋼管的聲音，根據(jù)不同的音色找出鋼管與混凝土剝離部位。此法大部分情況下是基于經驗來進行判斷，且不能夠真正的得出混凝土與鋼管之間的空隙大小和分布范圍，隨機性較強，因此建議作為輔檢測手段使用。

2.2超聲波檢測法

超聲波法又稱超聲法，其檢測的基本原理是根據(jù)超聲波在傳播過程中遇到由各種介質缺陷形成的界面時會改變傳播方向和路徑，其能量會在缺陷處引發(fā)衰減，造成到達接收換能器時的聲時、振幅、頻率變化。對這些變化進行分析，就可檢測鋼管混凝土的質量。

當用超聲波檢測儀對鋼管混凝土進行進行檢測時，超聲波的測試頻率一般是在40～100 Hz之間。當超聲波通過鋼管混凝土時，鋼管與混凝土和空隙對其速度、振幅、波形等會產生不同的影響，這就會在顯示儀器上表現(xiàn)出來，對比無缺陷的鋼管混凝土各種標定，通過分析就可確定管內混凝土的狀況和質量。在鋼管混凝土質量檢測的實際工程中常用的超聲波法有首波聲時法、波形識別法和首波頻率法。

2.3鉆芯取樣法

用混凝土鉆芯機，直接從所需檢測的結構或構件上鉆取混凝土芯樣，判定核心混凝土的內部缺陷及鉆芯處的鋼管壁和混凝土的黏結情況。該方法具有檢測結果直觀、可靠的優(yōu)點。然而，由于取芯工作費用較高，而且會對結構造成一定程度的破壞，故芯樣位置、數(shù)量受到一定的限制。

除上述幾種方法外，還有紅外熱成像法，光纖傳感監(jiān)測系統(tǒng)，射線檢測法等。但運用這些方法在檢測時仍存在有許多問題，所以仍需對現(xiàn)有的檢測方法進行改進或提出新的方法。

三、新型檢測方法探討

近年來，隨著對工程質量、安全的日益重視，以及無損檢測技術的發(fā)展，對鋼管混凝土無損檢測技術的新方法也層出不窮，下面介紹幾種近幾年發(fā)展比較成熟的鋼管內混凝土的檢測方法。

3.1沖擊反射法

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關鍵詞：單片機；導盲杖；超聲波

中圖分類號：S611文獻標識碼： A

1、引言

人生活過程中95%的信息是通過視覺獲得的。盲人生活在黑暗的世界中，給工作、生活、社交活動帶來了莫大的困難。如何安全行走,是盲人生活中最大的問題。傳統(tǒng)的手杖使用起來有諸多不便，導盲犬的訓練周期過長且價格較貴，不利于普及。隨著電子技術的不斷成熟和發(fā)展，人們對電子產品的需求轉移到為人類的生活服務上來。依據(jù)超聲波測距原理，可以制作導盲杖幫助盲人行走。通過單片機對超聲波測距的控制進行聲音播報，來提醒盲人當前狀況，也使得這完全優(yōu)于導盲犬。

2、系統(tǒng)設計

該系統(tǒng)由單片機、超聲波發(fā)射接收電路、液晶顯示電路及語音模塊等組成，控制核心為單片機。單片機在接收到傳感器的信息后，將傳感器的測量信號轉換為距離信息，再通過語音進行提醒。系統(tǒng)工作原理方框示意圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)工作原理框圖

3、超聲波導盲系統(tǒng)

（1）超聲波概述

聲波按頻率高低不同可分為三種：頻率低于20Hz的機械波稱為次聲波；在20Hz～20KHz之間的機械波，能為人耳所聞，稱為聲波；高于20KHz的機械波稱為超聲波，其中頻率大于100M的機械波稱為超高頻聲波，其具有了波粒兩相性。

（2）超聲波傳感器

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的用于產生和接收超聲波的器件，它既能夠把其他形式的能轉化為所需頻率的超聲能又能夠把超聲能轉化為其他形式的能。

（3）超聲檢測的原理和方法

超聲測距的方法有相位檢測法、聲波幅值檢測法和往返時間檢測法等。其中相位檢測法精度高，但是監(jiān)測范圍有限，聲波幅值檢測法易受反射波的影響，采用最多的是往返時間檢測法。往返時間檢測法的基本原理在聲速已知的情況下通過測量發(fā)送信號與接收信號之間的時間差來計算障礙物的距離，原理圖如圖2所示：

圖2 超聲波測距原理圖

工作原理：當40KHz的電壓脈沖信號由導線輸入傳感器后，由壓電陶瓷晶片將此電信號轉換成機械振動，這種機械振動通過空氣向外發(fā)送出去，發(fā)送出的超聲信號向空中各方向沿直線傳播，遇到障礙物反射回來。傳感器在接收到反射回來的回波信號后再次將機械振動轉變?yōu)殡妷盒盘柕牟▌?。此時得到的電壓脈沖信號非常的微弱，經過后極的放大電路等的處理后被采集處理。

4、超聲波發(fā)送與接收電路

超聲波發(fā)射電路部分主要包括超聲波信號產生、超聲傳感器功率驅動。超聲波的發(fā)射頻率主要是由STC11單片機產生的。功率驅動電路功能是用MAX232對超聲波換能器進行功率驅動，推動超聲波換能器產生超聲波。

超聲波會隨著傳播距離的增加而衰減，經過目標反射回來的超聲波的回波信號弱，在距離較遠的情況下只達毫伏級，甚至微伏。因此為了加大超聲波測距系統(tǒng)的量程范圍，需加以驅動電路。根據(jù)電路需求，接收電路的功能是將接收到的微弱信號放大并進行濾波整形。接收電路部分主要包括濾波電路、放大電路。

5、報警電路

報警電路分為兩個部分，一是語音報警，二是LED提示路人。語音報警主要是提醒盲人注意當前路面與前面障礙物，而LED小燈主要是用來警示路人。

（1）語音報警電路

由于時間倉促，所以語音報警電路采用的是語音模塊，該模塊雖沒有實時性，但是使用起來比較方便。語音模塊實物圖如圖3所示：

圖3 語音報警模塊實物圖

（2）LED警示電路

LED小燈主要有兩個不同顏色的LED發(fā)光二極管組成，一個綠色，一個紅色。當導盲系統(tǒng)啟動時，綠色的LED發(fā)光二極管就一直亮著；當此時導盲系統(tǒng)檢測到了前方有障礙物時，這時就會切換到紅色的LED發(fā)光二極管點亮，若前方是行人，則進行對行人的警示，電路如圖4所示：

圖4 LED小燈警示電路

6、液晶LCD1602輔助電路

通過單片機對超聲波的障礙物的測量進行實時處理，再將測量的距離進行實時顯示，從而判斷導盲系統(tǒng)各個功能是否實現(xiàn)。LCD1602接法電路如圖5所示：

圖5 液晶LCD1602輔助電路

7、系統(tǒng)測試結果及分析

前方超聲波模塊（模塊1）設定的障礙物范圍為200cm，下方超聲波模塊（模塊2）設定的對地距離為35cm，分別對前方超聲波模塊和下方模塊進行測試，測試結果如表1所示：

表1 模塊1、2測試結果

經過測試后，得出的測量值與實際值存在著偏差，經詳細的分析與論證，誤差的原因有很多方面，如溫度影響聲音的傳播速度，以及超聲波發(fā)、收模塊之間的距離等等，可通過提高計時電路的計時頻率、超聲波換能器的固有頻率等方法提高測量精度。

參考文獻

[1]郭天祥. 51單片機C語音教程. 北京:電子工業(yè)出版社,2009

[2]謝維成,楊加國. 單片機原理與應用及C51程序設計(第2版). 北京:清華大學出版社,2009

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[關鍵詞]軸類，超聲波，探傷，檢測，車軸

中圖分類號：TB 文獻標識碼：B 文章編號：1009-914X（2015）35-0051-01

一、前言

超聲波無損檢測技術是現(xiàn)代工業(yè)生產中應用非常廣泛的一種探傷方法，目前已經廣泛應用于礦山冶金、石油化工、機械制造、艦艇船舶、航空航天、汽車、鐵路、建筑以及核能等工業(yè)領域。隨著科學技術的發(fā)展，社會對工業(yè)產品的質量提出了高標準要求，尤其是軸類等核心的關鍵零部件的質量問題往往會造成重大的事故及巨大的經濟損失和創(chuàng)傷，這也加強了人們對無損檢測診斷技術的迫切需求和認可，各行各業(yè)已經意識到了無損檢測診斷技術的重要意義。而且無損檢測技術已經逐漸發(fā)展完善成為一門專門的獨立的綜合性學科，培育出一大批超聲波無損檢測技術人員和工程師，取得了顯著的經濟效益和社會效益。

二、超聲波的基本特性及超聲檢測基本原理

物理學中解釋，超聲波的頻率大于20KHZ，而且是一種能夠在連續(xù)介質中傳播的彈性機械波。這一特性決定了超聲波在無損檢測領域中的運用。而超聲波檢測技術則是無損檢測技術中的一種非常重要的理論和方法，這正是由超聲波獨特的特性所決定的，這些特性包括：良好的方向性，強大的穿透能力，以及能量高等特性；而且，遇有界面時，超聲波將發(fā)生反射、折射和波型的轉換。研究人員巧妙地利用超聲波的這些物理特征，通過研究分析和精心設計，大幅度提高了超聲檢測技術的靈活性，提高了超聲波檢測的精確度，推動了超聲波檢測技術的迅速發(fā)展。超聲波對人體無害，而且其具有適應性強、檢測靈敏度高、設備輕巧、使用靈活、檢驗速度快、能及時得到探傷結果等優(yōu)點，非常適合在車間、野外和水下等各種環(huán)境下工作，更重要的是能夠對運行中的設備設施和裝置進行檢測和診斷。

研究超聲波檢測技術的基本原理之前，我們先簡要概述一下超聲波的基本性質：超聲波頻率范圍位于20000HZ以上，其本質是機械波，其傳播需要彈性介質。通常用于探傷檢測的超聲波主要有橫波、縱波、表面波、板波等類型，其中最常用的則是縱波直探頭探傷和橫波斜探頭探傷兩種類型。再細化分析，縱波一般用于探測鋼板、錠材、大型鍛件等形狀比較簡單的產品，而橫波則常用來檢測焊縫、管材等形狀比較復雜的制品等。

綜上所述，超聲波探傷技術就是利用超聲波在被探測物體中傳播所反饋的一些物理特性和現(xiàn)象，來發(fā)現(xiàn)物體內部存在缺陷或不連續(xù)性的一種方法。其基本過程是：首先，通過激勵超聲發(fā)射換能器產生超聲波，隨后超聲波進入工件內部進行傳輸，然后再通過超聲接收換能器將工件中經過被檢測材料自身或缺陷所反射、折射、衍射、散射的入射波轉換成接收信號信息，緊接著再對接收到的信號進行分析，判斷出缺陷類型或材料特性信息。超聲波無損檢測技術的種類很多，根據(jù)超聲波的耦合方式大致可以分為接觸法和液浸法兩大類，而按照聲波的傳播方式則可以分為反射法和透射法兩種；按超聲波激勵方式可分為脈沖波、連續(xù)波和調頻波等探傷方法；按波形分又可分為縱波、橫波、表面波和板波等。

三、超聲波無損檢測技術在軸類零部件中的應用

軸類零部件是設備運行的關鍵核心部位，其缺陷往往會引起事故，造成重大的經濟損失。軸類零件中最典型的是車軸，而車軸屬于鍛造產品，其無損探傷環(huán)節(jié)具有十分重要的意義。

一般而言，車軸沿著其長度方向可能產生缺陷的幾個部位視其設計和使用方式而定，考慮到在某幾處較為典型的疲勞裂紋部位有可能產生各種虛假的回波，因此會使軸的超聲波檢測程序趨于復雜化。根據(jù)經驗分析，車軸類零部件在超聲波檢測中所存在的問題往往與一些加工有臺階或過渡圓弧的軸類相類似，同時又與通過熱壓配合組裝的齒輪、軸承、車輪的長軸等產品具有共同之處，這都為我們研究軸類零部件的超聲波無損檢測技術提供了大量的數(shù)據(jù)。車軸鍛造后經調質處理，在軸長方向兩邊對稱分別加工有軸承坐、車輪坐、齒輪座等部件；而具有高速性能的空芯火車軸，其外表面一般要經過高頻淬火這一工藝，因有壓縮的殘余應力存在，所以在產生小裂紋時，也不允許產生擴展。通過試驗，業(yè)內有人證實過：軸類零部件的人工缺陷在3mm以內時，若進行疲勞試驗則不會出現(xiàn)缺陷的擴展。由于車軸在運行中受到往復彎曲應力的作用，在壓合部位內側和外側環(huán)狀帶極容易產生出一定角度的疲勞裂紋，因此這是超聲波檢測時必須檢測的重點內容。由于此時最容易產生疲勞裂紋的部位是車軸和車輪壓裝部位兩端的兩個環(huán)狀帶區(qū)域，據(jù)統(tǒng)計，在役車軸壓裝部位的疲勞裂紋90%以上都出現(xiàn)在離外沿10～35mm和離內沿5～30mm的兩條環(huán)狀帶中，這些疲勞裂紋的平面多與軸側面的法線呈10～25°的夾角，有規(guī)律的由外側向內和由內側向外傾斜，這是由疲勞裂紋總是首先向體應力變化較大的方向發(fā)展這一規(guī)律所決定的。另外，有些超聲波作為車軸探傷時的干擾回波，需要注意區(qū)分開，主要包括由車軸的復雜形狀所形成的固有波、車輪等壓裝部位所產生的壓入波、車軸的涂層部位所形成的涂層波、腐蝕波、輪心反射波等。

四、關于實芯軸的超聲波探傷裝置的研究分析

實芯軸的超聲波探傷分為三種：（1）軸端用直探頭，主要用于做貫穿式透聲檢查；（2）軸端用小角度探頭，主要用于做縱波斜射檢測輪軸壓合部位的外側和內側檢測，或者用斜探頭在軸承座上檢測壓合部位外側檢測；（3）第三種方式則是二者的組合使用。無論是垂直探傷還是小角度縱波斜射探傷，都是在軸的端部進行的，探傷時需要將軸或者將探頭旋轉進行360°的探傷。端部垂直探傷除了檢測產生于表面的疲勞缺陷和產生于芯部的各種缺陷外，還負責車軸的透聲性檢查，這種透聲檢查能夠通過與標準試塊的底波比較檢測車軸的熱處理狀態(tài)、晶粒度、機械性能強度等，所以我國對車軸的透聲檢查都有嚴格的標準。

軸類零件在進行局部探傷時，其缺陷容易產生在壓裝部位，世界較為先進的做法是將有一定折射角的聚束斜探頭緊貼軸的端面，首先用已知缺陷比較得出合適的檢測靈敏度，再進行實際探傷。但是，車軸的種類很多，因此有必要在探頭架上安裝不同的折射角探頭。探頭離開軸端面的距離越遠，則其探傷的靈敏度越低，根據(jù)軸的形狀不同在某些部位還存在著探測不到的地方等問題。這種方法局部探測車軸時，多采用與車軸配合好的聚束斜探頭，用其折射聲束瞄準壓合部位被探區(qū)，以車軸旋轉探頭的固定方式進行探傷。一般場合可以使用2～5MHz的探測頻率，探測時對探頭或車軸的轉動每次以5～10°的節(jié)距為最佳標準，逐次獲取數(shù)據(jù)，對探傷波形以3次元表示，以便于進行FFT分析。

五、結束語

隨著現(xiàn)代工業(yè)與科學技術的迅速發(fā)展和革新，超聲波無損檢測技術在工業(yè)領域的裝備運行、產品質量檢驗、產能提升以及降本增效等各個環(huán)節(jié)都發(fā)揮著巨大的作用和影響。美國等工業(yè)發(fā)達國家，明確將無損檢測診斷技術列為其技術革新的重要課題，不惜花費巨大投資來大力推動無損檢測技術的科技創(chuàng)新與推廣應用。

參考文獻

[1] 溫慶秋；汽車零部件無損檢測技術的應用與發(fā)展趨勢；汽車工藝與材料；2009年06期.

篇9

[關鍵詞]超聲波技術 中藥提取 原理 成分 應用

中圖分類號：TB 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）05-0312-01

傳統(tǒng)中藥提取的方法主要有：煎煮法、水蒸餾法、溶劑浸提法等等，這種方式花費的時間比較長，而且效率不高。超聲波技術是科技不斷發(fā)展的產物，其操作比較簡單，而且應用的范圍比較廣，將其應用在中藥提取中，可以提高工作的效率。超聲波技術在應用的過程中，會產生強烈的振動，而且會出現(xiàn)空化效應，利用攪拌等措施，可以加速藥物的溶解性，也可以提高提取率，有效的節(jié)約了工作的時間，還降低了高溫對提取準確性的影響。

一、超聲波應用在中藥提取過程中的原理

超聲波的傳播范圍比較廣，其利用特殊的媒介，可以使煤質進入振動的狀態(tài)，而且加速了溶質的擴散。超聲波在傳播質點的過程中，質點會吸收大量的能量，而且會轉化為熱能，質點的溫度不斷升高，這也是超聲波熱學機制。利用超聲波技術，會產生空化現(xiàn)象，即超聲波使質點分裂，并形成空穴，空穴在閉合的過程中，產生了大量的壓力。

在超聲場中，中藥提取物的介質中含有大量的溶解氣體，而且還有少量的雜質，其在中藥提取物的周圍，為超聲波技術的應用創(chuàng)造了較好的條件。空氣中有一定的壓力，其可以使生物的細胞壁破裂，這一過程在瞬間即可完成。超聲波擊碎生物細胞壁屬于物理過程，由于浸提中不產生化學反應，所以，被浸提的生物活性細胞在短時間內不會發(fā)生變化，即生物活性不變。超聲波技術提取的效率比較高，其擊碎細胞壁的時間很短，所以，在中藥提取中具有積極推廣的價值。超聲波技術也具有較強的凝聚力，通過實驗發(fā)現(xiàn)，超聲波可以將懸浮于氣體或者液體中的微粒凝聚成較大的顆粒，而且會使顆粒沉淀。在利用超聲波技術對蘆丁分子進行提取時發(fā)現(xiàn)，在超聲波的影響下，蘆丁分子經過碰撞凝聚成了大顆粒，而且顆粒的沉淀后更易提取。

影響超聲波技術提取效果的因素很多，其中超聲波強度以及頻率的影響比較大，另外，被破碎物的結構也與提取效果有較大關系。通過實驗發(fā)現(xiàn)，在水中，超聲波輻射面的強度大于3000W/m？時，就會產生空化反應，而且氣泡在瞬間就會閉合，所以產生的壓力也比較大，有時會形成較大的沖擊波，這會加劇生物體細胞壁的破裂程度。通過分析被破碎物在一定介質下，氣泡破碎的大小，就可以分析出超聲波的頻率。在提取介質時，由于氣泡尺寸不統(tǒng)一，所以，相關人員通過分析氣泡尺寸大小的范圍，即可確定超聲波頻率范圍。

二、超聲波技術在中藥提取過程中的應用

1、植物有效成分的提取

植物是中藥的構成之一，在提取植物的有效成分時，比較耗費時間，而且具有較大的難度，所以，工作效率不高，將超聲波技術應用在植物有效成分提取中，收到了顯著的效果。通過實驗發(fā)現(xiàn)，利用超聲波技術，可以縮短提取的時間，而且提取樣品的質量比較高。通過對比發(fā)現(xiàn)，用傳統(tǒng)方法對植物有效成分進行提取時，浸漬花費的時間是8h，而用超聲波技術進行提取，指花費了15min，這極大的縮短了提取的時間，而且簡化了提取的操作流程，可以為實驗人員節(jié)省大量精力與財力。

應用超聲波從大黃中提取蒽醌類成分的研究表明：超聲處理10arin，總提取率町達95.52%，而煎煮3h，總提取率僅為63.27%；超聲提取20min，提取率可達99.82%；用紙層析及HPLC對兩種方法提取產物進行分析，表明超聲處理對產物結構無影響。某研究人員在研究從黃連根莖中提取黃連素時，分別對超聲波處理時間、超聲波頻率及硫酸濃度等進行了考察。結果表明用20kHz超聲波提取30rain與浸泡24h提取率相同（8.12%），用核磁共振波譜儀對提取產物進行研究，說明超波對黃連素結構無影響。工作人員選用SBC一300超聲波中藥處理機，對紅藥貼膏等三種膏劑進行超聲處理，與藥典法相比，超聲法明顯省時、省溶劑，操作簡單，一般超聲提取3次，每次20min即可。而按藥典浸漬法，頻繁振搖，更換乙醚浸漬次數(shù)，則提取完全的時間一般為48h，耗時且溶劑用量大。從天麻中提取天麻素和天麻苷元，用超聲提取2h同索氏提取6h的含量相同；用超聲波提取10min比冷浸泡法提取48h的天麻素量還高。

2、用于海洋藻類植物的提取

藻膽體是某些藻類的捕光色素，研究藻膽體的光譜性質必須得到完整的藻膽體。在采用化學及機械破碎方法均不能從龍須藻中獲得理想的藻膽體時，采用頻率為20～50kHz，電壓為60v超聲提取10min就得到完整的藻膽體f。路德明等在20～C條件下分別采用超聲波為30kHz，150V；46kHz，105V；46.4kHz，107V；48.2kHz，109V對鹽藻進行破碎，通過顯微鏡觀察計數(shù)得到鹽藻的完全破碎可達87%，使B一胡蘿卜素能夠快速、高效的進入水溶液等提取介質，同時可避免因采用化學粉碎方法造成的被提取物結構性質變化而失去活性等。

3、超聲波技術在中藥其他中藥提取中的應用

研究表明，超聲波作用可激活某些酶與細胞參與的生理生化過程，從而提高酶的活性，加速細胞新陳代謝過程。超聲波用于降解殼多糖，速度快、成本低，氨基酸含量不變；用于提取真菌多糖，如蟲草多糖、香菇多糖、猴頭多糖等，與傳統(tǒng)工藝相比，提取率高，反應過程無物料損失和副反應。把超聲技術應用在中藥有效成分的提取上，是近年來才被逐漸發(fā)現(xiàn)與重視的，超聲提取法目前雖已進行了一些研究，但僅在實驗室的很小規(guī)模上，針對某些單個具體提取對象進行簡單的工藝條件實驗。由于超聲波這種強化提取法需增加產生超聲波的動力消耗實際生產使用是否經濟有待進行放大實驗研究。因此，在超聲波用于植物天然成分提取時，應對其作用機制進行深入研究，以便建立一套較為通用的模式，為不同提取對象操作條件提供依據(jù)。同時還應注重有關工程問題研究，解決超聲提取工程放大問題。

三、結語

超聲波技術在應用在中藥提取過程中后，收到了較好的效果，其與傳統(tǒng)提取技術相比，具有明顯的優(yōu)勢，而且可以節(jié)省提取的時間與精力，可以提高中藥生產的效率，有助于優(yōu)化中藥生產的工藝流程，其優(yōu)良的特性得到了中藥提取人員的青睞，值得在中藥生產行業(yè)中積極推廣。超聲波技術目前只在實驗室這種規(guī)模較小的環(huán)境中應用比較多，其對工藝條件有著一定要求，所以，在應用的過程中，還需要對超聲波技術不斷的改進，這樣才能擴大其應用的范圍。

參考文獻

[1] 王勝男，徐源梅，李紅玉.超聲循環(huán)提取黃芩中黃芩苷的工藝研究[J].中華中醫(yī)藥學刊.2008（06）.

篇10

【關鍵詞】 橋梁;灌注樁;完整性檢測;超聲波透射法

一、前言

樁基礎作為基礎構件，主要承受上部荷載并將其傳遞至下端土體中，其質量優(yōu)劣嚴重影響主體結構的使用和安全，加之樁基礎屬于隱蔽工程，其成樁質量受地質條件、成樁工藝、機械設備等因素的影響，故加強樁基礎質量檢測十分必要。

樁基礎的評判標準主要是樁基承載力和樁身完整性，其中樁基承載力的大小直接決定樁基能否承受并傳遞上部荷載。樁基完整性是一種綜合定性指標，反映樁身材料的密實性、連續(xù)性等性質及樁基樁身截面的尺寸相對變化。樁身完整性好的樁基都有較好的樁基承載力，因而對樁基完整性的檢測結果能直接反映樁基的等級。中國現(xiàn)行規(guī)范中常用的樁基檢測方法包括高低應變法、靜載試驗法、鉆芯法、超聲波法（即折射法和透射法）。下面以橋梁樁基檢測為例，對超聲波透射法進行探討。

二、超聲波法的檢測原理

1、回波法

這一方法同樣適用于金屬探傷方面。由于材質方面的不同，回波法也受到了影響，混凝土的非勻質性導致了回波法不能夠在樁基檢測中得以應用。因此，用途較為廣泛的是投射法，而超聲波透射法的基本原理則是，事先在樁基的內部進行裝入管道，由此形成了檢測的通道，便于探頭等設備的安裝，應注意的是，探頭等設備需要裝在聲測管中。在儀器的使用過程中，會接收到周期性的電流脈沖，在經過一系列的轉換后，會形成叫做超聲脈沖的一種物質，這種物質能夠穿透需要進行檢測的樁基，然后經過換能器再進行吸收，最終轉換成電信號的形式。從設備的顯示屏中可以看到詳細的時間、波幅等參數(shù)，這些參數(shù)可以宏觀地描述檢測中的設備的缺陷所在之處以及缺陷的形成原因，加快了檢測的速度以及工程的進度。

2、檢測方法

主要有：平測法，斜測法以及扇形掃測法，這些方法時根據(jù)發(fā)射與接收設備的高度和轉換程度進行整合的。應用較為廣泛的是平測法與斜測法。在測試過程中，應保持測試的高程不變，并對測試物體的每一個我們能夠接觸到的面進行獨立檢測，同時應注意的是，對于不同高程的換能器，其差別越大則測試結果就越準確，可以精確地測定缺陷的具置，但高程增加對所接收的信號強度也有所影響，增加了高程，接收信號的強度會減弱，導致在測試缺陷具置的時候不能掌握最精準的位置，影響了最終的位置判斷。操作人員應注意的是，在進行有關測試之前，應調整相關儀器的零件位置以確保能夠探測到最精準的缺陷所在之處。

三、超聲波透射法檢測原理、方法、判定

1、超聲波透射法檢測原理

混凝土是一種集結型的復合材料，其內部存在著廣泛分布的復雜界面。當混凝土的組成材料、工藝條件、內部質量及測試距離一定時，其聲波傳播速度、首波幅度和接收信號主頻等聲學參數(shù)一般符合統(tǒng)計正態(tài)分布。如果某部分混凝土存在空洞、不密實或裂縫等缺陷，便破壞了混凝土的整體性，與無缺陷混凝土相比，聲時值會偏大，波幅和頻率值會降低。

超聲波透射法檢測適用于灌注成型過程中已經預埋聲測管的混凝土灌注樁完整性檢測。在基樁施工前，依樁徑大?。ㄐ〉扔?.5m埋設3根，大于1.5m埋設4根）預埋一定數(shù)量的聲測管（一般采用鋼管或鍍鋅管，底端封閉、頂端加蓋），作為換能器的通道。

（1）現(xiàn)場檢剛前準備工作

采用標定法確定儀器系統(tǒng)延遲時間。

計算聲測管及藕合水層聲時修正值。

在樁頂測量相應聲測管外壁間凈距離。

將各聲測管內注滿清水，檢查聲測管暢通情況;換能器應能在全程范圍內升降順暢。

（2）現(xiàn)場檢剛步驟

將發(fā)射與接收聲波換能器通過深度標志分別置于兩根聲測管中測點處。

發(fā)射與接收聲波換能器應以相同標高或保持固定高差同步升降，測點間距不宜大于250mm，注意保持兩換能器相對累計高差小于20mm

實時顯示和記錄接收信號的時程曲線，讀取聲時、首波峰值和周期值，宜同時顯示頻譜曲線及主頻值。

將多跟聲測管以兩根為一個檢測剖面進行全組合，分別對所有檢測剖面完成檢測。

在樁身質量可疑的測點周圍，應采用加密測點，或采用斜測、扇形掃測進行復測，進一步確定樁身缺陷的位置和范圍。

在同一根樁的各檢測剖面的檢測過程中，聲波發(fā)射電壓和儀器設置參數(shù)應保持不變。

2、檢測數(shù)據(jù)的處理與判定

檢測按《公路工程基樁動測技術規(guī)程》（JTG/TF81-O1-2004）中有關超聲波法規(guī)定進行：

（1）聲時、聲速和聲速平均值應按照公式計算，并繪制聲速一深度曲線、波幅一深度曲線。

（2）樁身混凝土缺陷應根據(jù)下列方法綜合判定

聲速判據(jù)：當實測混凝土聲速值低于聲速臨界值時應將其作為可疑缺陷區(qū)。

波幅判據(jù)：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(qū)。

3、基樁類型的分類與判定

對于混凝土聲速和波幅值出現(xiàn)異常并判為可疑缺陷區(qū)的部位，應按《公路工程基樁動測技術規(guī)程》（JTG/TF81-O1-2004）6.3.3條第3款的要求，確定樁身混凝土缺陷的位置及影響程度。

I類樁：各聲測剖面每個測點的聲速、波幅均大于臨界值，波形正常。樁身完整，可正常使用。

II類樁：某一聲測剖面?zhèn)€別測點的聲速、波幅略小于臨界值，但波形基本正常。樁身基本完整，有輕度缺陷，不影響正常使用。

III類樁：某一聲測剖面連續(xù)多個測點或某一深度樁截面處的聲速、波幅值小于臨界值，PSD值變大，波形畸變。樁身有明顯缺陷，對樁身結構承載力有影響。

IV類樁：某一聲測剖面連續(xù)多個測點或某一深度樁截面處的聲速、波幅值明顯小于臨界值，PSD值突變，波形嚴重畸變。樁身有嚴重缺陷，對樁身結構承載力有嚴重影響。

四、檢測實例分析

以某大橋樁基檢測工程為例，該大橋采用（15×25）m預應力小箱梁，成樁工藝為鉆孔灌注樁，樁基總數(shù)為34，區(qū)域地質情況良好。樁基砼設計強度為C25，樁徑均為1500mm，樁身埋設3根聲測管，呈等邊三角形分布。其中12-1號樁基設計樁長為13.60m，檢測樁長為13.60m，每個測面每隔500mm進行逐點檢測，聲測管編號以正北方向順時針開始第一根管為1，1-2、1-3、2-3三個關距分別為1100、900、1080mm。該樁超聲波透射法檢測結果見表格。

從表格可看出：12-1號樁檢測剖面聲速與波幅數(shù)值均勻、無突變，無異常點出現(xiàn)，各處

均大于臨界值。3個剖面的測點聲速平均值分別為4.4981、3.5618、4.3219km/s，都處于砼聲速正常取值范圍。各點的PSD判據(jù)無急劇增大現(xiàn)象。實測波形首波陡峭，后續(xù)波波幅大，接收波的包絡線呈半圓形，波形無畸變;主頻頻漂不大、漂移量穩(wěn)定。由此結合規(guī)范判斷該樁不存在大的缺陷，無斷樁的可能性，樁身完整性等級為Ⅰ類。

五、相關檢測方法注意事項

應注意的是，相關測試方法具有復雜性，所以不能夠完全按照理論事實來實現(xiàn)，注意到以下幾個事項后，在實驗中會減少不必要的誤差

1、地下含水量

在對樁身進行澆筑水泥的這一過程中，若樁身存在漏洞，且這一漏洞的高度低于地下的水位，則有可能形成地下水穿孔。運用超聲波檢測法進行檢測時，不能夠避免水位的影響，會將滲入水后的探測值也包括在最終的結果中，大大影響了缺陷的檢測結果。

2、樁基齡期

這一因素對于超聲波檢測的影響也是不容忽視的，可能會對信號以及波形造成影響。規(guī)定齡期在14天，最低應滿足于7d周期。齡期應滿足于標準，若不符合相關標準，會導致在接收信號這一過程中，產生失誤，信號微弱接收不到準確的信息，以及波形的畫面有缺損。

3、聲測管安裝

在安裝過程中，應保證安裝方式是平行安裝，如果安裝方式未采用平行方法，則會導致檢測時的聲時值、均方差、離散系數(shù)、平均聲速結果形成較大的誤差，影響最終的測量值。在使用泥漿進行澆灌建筑物時，由于建筑物體積大，不能保證每一個澆筑物被澆筑的外層結構厚度一致，所以探測到的波幅會不一致，澆筑物外層結構較厚的則探測結果會影響全部測量值。

六、結束語

超聲波透射法檢測作為灌注樁施工質量檢測重要方法，可以準確的查明鉆孔灌注樁的工程施工質量問題區(qū)域，尤其是對于大樁徑以及超長鉆孔灌注樁，能夠細致準確的評價鉆孔灌注樁施工質量。

參考文獻