超声波的基本原理精选(九篇)

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第1篇：超声波的基本原理范文

    油田采出水中含高达1000-2000mg/L的油,8×104~14×104mg/L的矿化度,大量的悬浮固体颗粒(主要是粘土颗粒、砂粒、粉砂等10-100μm的小粒径物质),细菌,胶体,重金属等其他物质;水温通常在40-80℃,且易受酸碱影响而改变PH值,处理难度较大,直接排放会对环境造成影响。目前在原油开采过程中,需注入大量的清水到储油层。如对采出水进行处理并用于回注则可以减少用水量,带来一定的经济效益,减少对环境的危害。

    2超滤超声技术在油田废水处理中的应用

    2.1膜技术的优势及超滤的基本原理与传统水处理工艺相比,由于膜技术具有高效,用药量少、操作简单、运行维护费用低且不产生副产品等优势而被广泛应用。当含有大、小分子两类溶质的溶液流过膜表面时,溶剂和小分子溶质将透过膜,作为滤出液被收集起来而大分子溶质(如有机胶体等)则作为浓缩液被膜截留下来。在我国用超滤处理油田采出水已获得了较好的效果并可满足回注水的基本要求。

    2.2超声波清洗的基本原理超声波是一种频率高达2000赫兹的声波,研究中发现对液体使用足够强的声波可以使其出现空化现象。同时超声波在传播中如遇不同的介质会产生速度差,从而在不同界面上产生剪切力将界面间的附着物剥离,实现动态化清理。另外,超声波不受污染物颗粒大小的影响,从而保证了清洗的效果,同时在运行中可以对频率进行调控,安全可靠,清洗速度较快。

    2.3超滤膜结合超声波等工艺的流程设计对于图中的传统工艺我们不再做说明,只对其中的超滤超声系统做简单的介绍。1)超滤膜-超声波组合系统主要是用超声波发生器产生的超声波作为清理超滤膜组件的主要措施,以此简化膜组件,减少冲洗程序。用超声波的空化效果、振动效果对污染物进行清理,同时也可起到杀菌作用,这样可以增强超滤膜的处理效率,延长其使用寿命。2)膜材料的选择在应用中需对采出水的水质进行分析,利用试验确定不同条件下何种膜材料对工艺的适应性强。目前采用纳米A1203改性聚偏氟乙烯超滤膜进行研究的较多。3)超声波装置及超声强度的设定利用不同的换能器可以组合成不同的超声波化学反应器,通常可用的有非变幅辐射式超声波化学反应器或者变幅辐射式超声化学反应器、管道式生化反应器等。在具体的应用中可以采用探头式与管道式反应器结合的方式,以此适应采出水处理的工艺需求。研究发现,超声波频率与空化阈值关系密切,频率越高则阈值越大增加也越快,15KHz时的空化阈值为0.5-2.0atm,可见超声波频率是影响气泡运动的关键。当超声波频率小于气泡谐振时气泡才能消除;当频率超过气泡谐振时气泡出现复杂振动效果,而不消除,因此选择低频率(200KHz)超声波有利于空化的效果。超声波的强度大于液体本身空化阈值时才会产生空化,强度越大则越容易产生空化,在液体中产生的清洁作用也越好。超声强度取决于超声的功率和超声覆盖面积,而这主要取决与换能器的形式与材料,因此在使用中应对其进行试验分析,作出准确选择。

第2篇：超声波的基本原理范文

1研究背景

油田采出水中含高达1000-2000mg/L的油，8×104～14×104mg/L的矿化度，大量的悬浮固体颗粒（主要是粘土颗粒、砂粒、粉砂等10-100μm的小粒径物质），细菌，胶体,重金属等其他物质；水温通常在40-80℃，且易受酸碱影响而改变PH值，处理难度较大，直接排放会对环境造成影响。目前在原油开采过程中，需注入大量的清水到储油层。如对采出水进行处理并用于回注则可以减少用水量，带来一定的经济效益，减少对环境的危害。

2超滤超声技术在油田废水处理中的应用

2.1膜技术的优势及超滤的基本原理与传统水处理工艺相比，由于膜技术具有高效，用药量少、操作简单、运行维护费用低且不产生副产品等优势而被广泛应用。当含有大、小分子两类溶质的溶液流过膜表面时，溶剂和小分子溶质将透过膜，作为滤出液被收集起来而大分子溶质（如有机胶体等）则作为浓缩液被膜截留下来。在我国用超滤处理油田采出水已获得了较好的效果并可满足回注水的基本要求。

2.2超声波清洗的基本原理超声波是一种频率高达2000赫兹的声波，研究中发现对液体使用足够强的声波可以使其出现空化现象。同时超声波在传播中如遇不同的介质会产生速度差，从而在不同界面上产生剪切力将界面间的附着物剥离，实现动态化清理。另外，超声波不受污染物颗粒大小的影响，从而保证了清洗的效果，同时在运行中可以对频率进行调控，安全可靠，清洗速度较快。

2.3超滤膜结合超声波等工艺的流程设计对于图中的传统工艺我们不再做说明，只对其中的超滤超声系统做简单的介绍。1）超滤膜-超声波组合系统主要是用超声波发生器产生的超声波作为清理超滤膜组件的主要措施，以此简化膜组件，减少冲洗程序。用超声波的空化效果、振动效果对污染物进行清理，同时也可起到杀菌作用，这样可以增强超滤膜的处理效率，延长其使用寿命。2）膜材料的选择在应用中需对采出水的水质进行分析，利用试验确定不同条件下何种膜材料对工艺的适应性强。目前采用纳米A1203改性聚偏氟乙烯超滤膜进行研究的较多。3）超声波装置及超声强度的设定利用不同的换能器可以组合成不同的超声波化学反应器，通常可用的有非变幅辐射式超声波化学反应器或者变幅辐射式超声化学反应器、管道式生化反应器等。在具体的应用中可以采用探头式与管道式反应器结合的方式，以此适应采出水处理的工艺需求。研究发现，超声波频率与空化阈值关系密切，频率越高则阈值越大增加也越快，15KHz时的空化阈值为0.5-2.0atm，可见超声波频率是影响气泡运动的关键。当超声波频率小于气泡谐振时气泡才能消除；当频率超过气泡谐振时气泡出现复杂振动效果，而不消除，因此选择低频率（200KHz）超声波有利于空化的效果。超声波的强度大于液体本身空化阈值时才会产生空化，强度越大则越容易产生空化，在液体中产生的清洁作用也越好。超声强度取决于超声的功率和超声覆盖面积，而这主要取决与换能器的形式与材料，因此在使用中应对其进行试验分析，作出准确选择。

第3篇：超声波的基本原理范文

关键词：超声波；微波；中药提取；有效成分

超声波和微波技术是中药有效成分提取中的重要技术方式，在中药及天然植物研究生产领域内得到广泛应用，一定程度上提高了中药有效成分提取率，节约提取时间，优化分离与制备工艺效果，并且能够对中药有效成分进行科学化保护。此种情况下，加大力度探讨超声波和微波技术对中药有效成分提取的实际影响，具有一定重要性。

1 超声波作用基本原理

1.1 空化作用

在进行相关的超声波时，只有少量的小型气泡会发生相应的共振现象，在这些小型的气泡在一定的程度下会发生不断变大的现象，在相关的超声波压缩时，小型的气泡还会发生相应的破灭，这种破灭在一定程度上会导致小型气泡内部发生相关的温度升高和压强升高的现象。这种现象通常称为气化作用。

1.2 热效应

在相关的实践上可以知道相关的超声波的介入在一定程度上会导致相关的内摩擦发生消耗，这种消耗会导致相关的分子内部的运动速度变快，从而引起相关的温度升高。而且相关的实践可以表明，超声波的强度与相关的温度是一种正比的关系，这也就是说在相关超声波的强度不断增强的过程中会发生分子内部温度不断升高的过程。

1.3 机械作业

超声波可以使常温常压不能发生的化学反应在空化作用下发生，甚至使非常坚硬的固体被粉碎。控制一定的超声频率和强度，空化作用产生的极大压力造成生物细胞壁及整个生物体破裂，而且整个破碎过程在瞬间完成，同时超声波产生的振动作用加强了胞内物质的释放、扩散及溶解。被浸提的物质在被破碎瞬间生物活性保持不变，同时提高破碎速度和提取率。超声作用还可激活某些酶与细胞参与的生理化学过程，通过改变反应物的质量传输机制，提高酶的活性，加速细胞新陈代谢过程。

2 中药有效成分提取的影响因素分析

2.1 超声波强度

在中药有效成分提取过程中，超声波强度是一项重要的影响因素，相关研究实践表明，在超声波强度达到一定标准后会产生强烈的空化作用，从而对中药有效成分提取效果产生一定影响。由于不同的中药物质内所含的物质成分存在一定差异，因此即便是在相同的超声波强度下，也可能出现不同的药物提取率。为保证中药有效成分提取的有效性，应当进一步研究超声波强度对中药有效成分提取的实际影响，以推进中药提取事业的稳定发展。

2.2 超声波频率

就中药有效成分提取的实际情况来看，超声波频率对中药有效成分提取有着至关重要的影响，超声波基本原理与相应超声波之间存在密切的关联，通过超声波频率将其相关功能显示出来，超声波的频率与相关气化作用之间呈现反比例态势，此种情况下，在不加热条件在开展中药有效成分提取时，可以单纯通过相关超声波实现中药提取，由此可知超声波频率对于中药有效成分提取具有重要影响。

2.3 超声时间与提取率

在中药有效成分提取过程中，超声提取法操作便捷，无需加热，收率速度快，节约中药有效成分提取时间，提高整体工作效率。在中药有效成分提取工作中，超声提取时间与提取率对中药有效成分存在较大影响，并且逐渐受到中药提取行业相关人士的广泛关注。相关实践研究表明，中药有效成分提取率与超声作用时间存在密切联系，随着超声作用时间的增加，中药有效成分提取率也明显提高名，但超声提取时间达到一定标准后，若超声时间继续延长，其中药有效成分提取率的增加速度放缓。直至超声提取时间达到极限值后，中药有效成分提取率与超声作用时间呈反比例关系，随着超声提取时间的延长，中药有效成分提取率随之减小。为保证中药有效成分提取的有效性，应当结合不同超声作用体系合理选取超声参数，以确保中药有效成分提取工作的顺利高效开展。

2.4 溶剂浸渍时间

在中药有效成分提取工作中，将药材浸入一定溶剂内浸渍一段时间后，运用超声处理技术能够有效提取出植物中的大部分有效成分，切实提高有效成分在溶剂中的溶解度，从而切实提高中药有效成分提取率。微波技术与超声波技术在中药有效成分提取中均发挥着重要的应用价值，在天然产物的浸渍过程中能够有效提高中药收率，提高中药有效成分提取的时效性和可靠性。

2.5 微波作用

在中药有效成分提取过程中，微波技术是一种现代化的提取方式，具有良好的应用效果，因此微波作用也是影响中药有效成分提取率的一项重要因素。在中药有效成分提取中应用微波技术时，其能够将细胞壁和细胞膜进行溶解和破碎处理，从而在一定程度上提高中药有效成分提取率和有效部位提取率，受到中药有效成分提取行业人士的高度重视。微波加热过程中促使细胞内极性物质产生，微波能被水分子吸收，进而产生较大的热量，促进细胞内温度升高，进一步在液态水汽化压力作用下，细胞壁和细胞膜被冲破，并形成小的孔洞。待进一步加热处理后，细胞内部水分明显减少，细胞壁逐渐收缩，细胞表面出现不同程度的裂纹。先前液态水汽化压力下冲破细胞膜后所形成的微小孔洞导致细胞外液体进入到细胞内部，并释放出一定量的细胞产物，从而对中药有效成分提取产生较大影响。在中药有效成分提取过程中，应用微波技术提取中药有效成分时，应当全面衡量溶剂浸泡时间以及微波辐照剂量等因素对中药提取率的实际影响，以切实提高中药有效成分提取的有效性。

3 讨论

超声和微波技术在中药有效成分提取方法研究中的广泛运用，但这种联合技术的实际应用还多停留在实验室阶段，还有一些待解决的问题。超声波还有其他很多作用，如化学作用、生物作用等，其中一些已能用上述基本作用原理作初步说明，有一些至今还不能圆满解释，超声波的作用效果不仅取决于超声波的强度、频率、作用时间等，而且还应与被提取物的结构有一定关系，今后应对超声作用原理、药物结构与超声作用的关系作进一步研究，以便建立较为通用的模型，为不同提取对象、操作条件提供可靠的依据。

目前微波技术在药物辅助提取方面的研究仍处于初期阶段，微波辅助提取的机理似乎更依赖于被提取物的基体。在微波作用下，富含水的部分优先破壁，而含水少的细胞则比较滞后，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，微波提取则难以进行。在微波剂量、物料厚度、自由水和结合水的含量等对提取率的影响方面尚没有系统的研究，微波辅助提取设备也有待于进一步开发。

结束语

总而言之，超声波和微波技术对中药有效成分提取过程产生较大影响，通过对超声波技术和微波技术的科学化运用，有助于推进中药有效成分提取工作的顺利高效开展。在当前社会经济发展形势下，应当积极加强信息技术创新，对中药有效成分提取相关技术手段进行合理应用，从而推进中药提取事业的稳定持续发展。

参考文献

第4篇：超声波的基本原理范文

1、桥梁检测的背景

桥粱在长期的使用过程中难免会发生各种结构损伤。损伤的原因可以是使用、维护不当、车祸事故等人为因素,也可能是地震、风暴等自然灾害。此外某些要道上交通量以大大高于预测流量的速度猛增也加剧了桥梁结构的自然老化。这些因素均导致了桥梁承载能力和耐久性的降低,甚至影响到运营的安全。由此而引起的一系列问题都需要相应的维修、改造和加固来解决。而这些维修、改造和加固工作又必须在对桥梁结构详细和系统的检测的基础上才能妥善的进行。

2、桥梁检测的特点

在目的方面,传统桥梁检测往往仅是为了确定桥梁的损伤状况,最多是在一定程度上对桥梁的继续工作能力提出评价。然而桥梁健康检测不仅获得桥梁的损伤状况或健康状况,而且利用其智能系统中开放的数据库的数字化参数积累,对已用的桥粱设计理论提供长期的、及时的由足尺寸真实构件在真实环境下结构响应为基础的设计验证,继而为研究发展桥梁理论提供低成本高效率的“试验”支持。以桥梁健康检测作为设计的验证具有前所未有的优越性,它比较模型试验而言。成本低,模型就是已有的桥梁,省去了模型制作费用;效果真实,完全的足尺寸.真实的环境.真实的载荷,数据的采集具有长期性,只要桥梁“健在”,数据就可以长期地收集下去。

在实现的手段方面,传统桥梁检测的手段虽然有很大发展并且日趋成熟,但对这些手段的应用往往是孤立的、被动的。桥梁健康检测通过现代的传感与通信技术的运用使得桥梁健康检测智能系统像人的神经系统将人体各部分协调起来一样,将各种检测手段通过计算机系统有机地组合在一起,利用内部数据库和信号软件接口实现参数的采集和存放,并借助于瑚代通信宽带的不断拓宽和高速高容量的计算机系统可以实现异地数据采集,便捷、准确、安全。在发展趋势方面,桥梁健康检测取代传统的桥梁检测已是大势所趋。桥粱健康检测可以为业主提供更加准确和全面的检测评定,而且可为设计人员提供前所未有的设计验证资料和理论研究依据。

3、常见的桥梁检测技术

3.1　声探测技术。声探测技术主要包括超声波探测技术、声发散检测技术和冲击一回声检测技术。声探测技术是目前发展最迅速的无损检测。超声波探测技术的基本原理是:超声波能够以一定的速度在某种材料中传播,直至达到不连续点或抵达测试物的边界时才反射回来。超声波探测技术即利用声脉冲在缺陷处发生特性变化的原理来进行检测。声发散技术的基本原理是:大多数结构材料在受力后出现诸如塑性变形、裂纹开裂、裂纹开展等微结构损伤时,就以声波的形式释放能量。它的优点是可以对处干荷载作用状态下的桥梁结构的内部材料和结构变化进行稳定的监视、并给出早期报警。冲击――回声是根据应力波能够在材料中传播的原理设计的,基本的测试方法和超声波相似。应力波可以通过以下两种方法产生:使用转换器产生的应力波称为脉冲――回声法,使用机械冲击器产生应力波称为冲击一回声法。它同样可以通过应力渡的强度和发生时间测定缺陷的程度和位置。

3.2　电磁渡探测技术。电磁探测技术主要包括探地雷达技术和涡流检测技术。探地雷达是利用电磁脉冲波发射原理来实现探测目的,它是利用超高频短脉冲(106-109H z)电磁渡探测地下介质分布的一种地球物理勘探方法。探地雷达是军用技术民用化的典型代表,已经在建筑物、桥梁和其他结构评估中广泛使用。其基本原理是将雷达脉冲传进被检测材料,然后测量材料表面的反射量确定损伤。在桥梁无损中的典型应用如混凝土中的钢筋和孔道的定位以及缺陷和疲劳探测等。涡流的基本原理为电磁感应,主要应用于检测表面损伤。当检测线圈与导电材料的构件表面靠近,并通以交流电时,所产生的交变磁场将在构件表层产生感应电流,呈环形涡流状。电涡流的大小与分布受构件材料介质和表层缺陷的影响,根据所测电涡流的变化量,就可以判定材料表层的缺陷怕况。

第5篇：超声波的基本原理范文

关键词：超声波检测；衍射成像；缺陷检测

中图分类号：TG115.2 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）03－0054－02

1 超声波检测的基本原理

新型的超声波技术TOFD是一种可以精确测量部件内部缺陷与平面曲线在壁厚方向上的高度的技术，其操作简单直观，与以往的超声波技术不同。目前采用的TOFD技术是利用固体中声波传递最快的纵波在缺陷端实现衍射来进行测量的，如在焊接缝的两侧利用一对尺寸、频率、角度相同的纵波斜向探头并使其位置对称，一个作为发射端、一个则为接收端。发射端的纵波从侧面进入到被检测的焊缝中。无缺陷的时候接收端接收到沿着时间表面传播的侧向波与底面发射波。而存在缺陷的部位在上述两个波之外还会接收到缺陷位置所产生的衍射波。这就是超声波衍射检测的基本原理。

2 超声波成像技术在压力容器检测过程

2.1 检测过程

2.1.1 检测设备准备

采用TOFD的检测需要利用计算机、软件系统、探头与之间等几个部分组成，为了适应压力容器的检测，需要根据检验对象的材料、厚度等进行组合与应用。具体需要注意以下几个方面：探头型号选择，如对75 mm以下容器壁进行检测需要的探头为单探头，检测铁素体钢材时应根据相关的规范进行选择，而对奥氏体或者其他高衰减的材料应降低探头的频率或者增加晶片的大小。如对75 mm以上的容器壁进行检测一定要采用组合的方式进行扫描，其组合的方式应按照相关的规范选择；探头距离选择：在检测前应对所选用的探头的距离进行调试，以此获得最佳的检测效果，超声波检测的最佳探头距离应按照图1所示，并利用公式PCS＝2dtgθ进行计算，其中d是缺陷深度；θ则是探头的角度。

图1 检测探头间距选择

增益性校对，采用超声波衍射检测虽然不是在波幅的基础上进行检测和定量分析，但是增益对仪器的灵敏度影响较大，因此必须在具有合适的增益保证下完成，才能在扫描中发现缺陷。多数检测中，单个超声波探头组的增益设置是将表面的波高达到满屏的40%～90%，以此保证测量的效果。

对声速和探头角度的校对，声波在不同材料中传递的速度不同，因此检测前应对声波的速度进行校对，另外探头的楔块在多次使用后会产生磨损，探头的角度会发生微量改变，检测前必须对此进行校正，声波速度与探头角度可以通过横通孔来完成调整。

2.2 检测软件与硬件配置

在开始进行检测前应对软件与硬件设备进行检查，主要是调整其主要参数使之符合检测需求，如：采样率、扫描间距、速度等。采样率选择在50 mm内时应选择A－扫描信号之间最大采样间隔通常为1 mm；对于壁厚较大的容器，A－扫描信号之间最大的采用间隔可以为2 mm；扫描距离设定，按照被检容器的尺寸和超速设备的内存来设定检测是扫描的距离；扫描速度设定，设定合理的扫描速度主要是在保证高效的前提下控制检测的质量，保证不丢失数据。扫描速度应根据耦合能力和电子系统的数据存储能力而定，通常B－扫描数据丢失不会超过整个扫描检查量的5%，而且不要出现连续丢失的情况。

2.3 检测操作过程

将发射探头和接收探头分别放置在压力容器焊缝的两侧，首先沿着焊缝进行B－扫描，如焊缝、热影响区没有缺陷的时候，会观察到2个超声波信号，一个是声波在表面传播的脉冲信号；一个是时间底部反射的声波信号，两个脉冲信号应位于发射探头和接收探头之间的最短与最长声波程内。两个信号是检测的基本参考信号，如果焊缝中存在缺陷，超声波的大部分能量就会在缺陷的表面出现反射，而一部分能量则会在缺陷的上下端产生衍射效应，且会被接收端检测出来。因为B－扫描不能确定缺陷距离探头的中心位置，因此在第一次扫描后应针对存在缺陷的位置进行二次扫描，此次应垂直与焊缝的方向进行D－扫描，完成后保存资料为成像做准备。

3 超声波成像技术的应用

利用超声波进行检测结束后就会形成一个图形，见图2，并可以获得相应的形状、尺寸等数据，在对成像进行分析的时候主要分为两步。

第一步：根据图像对缺陷进行的定性分析，即确定其性质，依据的是图像的形状和密集程度等；第二步：根据图像对缺陷进行定量分析，主要包括尺寸、位置等参数信息，缺陷的高度则是利用其上下端的衍射信号的时间差进行计算获得，应注意的是上下端的回波位置是相反的，缺陷长度则是利用成像获得，深度是利用表面波与缺陷上端的衍射波的时间差计算获得，缺陷距离探头中心线的距离利用D－扫描求出。至此就可对压力容器中所存在的缺陷进行全面的定量分析，从而指导选择处理措施。

4 结束语

利用超声波衍射探测是一种较先进的无损检测技术，其检测所形成的直观的形象化图像可以明确的对压力容器部件上的缺陷进行描述，利用计算机来处理数据更可以很快的对缺陷完成定性与定量的分析。

参考文献：

［1］陈伟，詹红庆，杨贵武.超声图像缺陷检测新方法［J］.无损检测，2010（06）.

［2］郝晓军，牛晓光，郝红卫，代真，郭立峰.结合TOFD与脉冲反射法的复合超声检测系统的研制［J］.无损检测，2010（01）.

［3］孔立峰，李树学，罗光华，杨景标.TOFD检测技术的应用［J］.河北工业科技，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：超声波的基本原理范文

关键词： 超声波传感器 原理 应用

1.引言

随着自动化等新技术的发展，传感器的使用数量越来越大，一切现代化仪器、设备都离不开传感器。在工业生产中，尤其是自动化生产过程中，用各种传感器来监测和控制生产过程中的各个参数，如温度、压力、流量，等等，以便使设备工作在最佳状态，产品达到最好的质量。

20世纪中叶，人们发现某些介质的晶体（如石英晶体、酒石酸钾钠晶体、PZT晶体等）在高电压窄脉冲作用下，能产生较大功率的超声波。它与可闻声波不同，可以被聚焦，能用于集成电路的焊接、显像管内部的清洗；在检测方面，利用超声波有类似于光波的折射、反射的特性，制作超声波纳探测器，可以用于探测海底沉船、敌方潜艇，等等。

现在超声波已经渗透到我们生活中的许多领域，例如B超、遥控、防盗、无损探伤，等等。

2.超声波的概念

人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20Hz―20kHz范围内，称为可闻声波。低于20Hz的机械振动人耳不可闻，称为次声波；高于20kHz的机械振动称为超声波，常用的超声波频率为几十kHz至几十MHz。

超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡（横波）和纵向振荡（纵波）。工业中的应用常采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播，但传播速度不同。另外，它也有折射和反射现象，且在传播过程中有衰减。在空气中传播超声波频率较低，一般为几十kHz，但衰减较快；在固体、液体中传播频率较高，但衰减较小，传播较远。

3.超声波的特点

超声波的指向性好，不易发散，能量集中，因此穿透本领大，在穿透几米厚的钢板后，能量损失不大。超声波在遇到两种介质的分界面时，能产生明显的反射和折射现象，这一现象类似于光波。超声波的频率越高，其声场指向性就越好，与光波的反射、折射特性就越接近。利用超声波的特性，可做成各种超声波传感器，配上不同的电路，制成各种超声波测量仪器及装置，并在通信、医疗、家电等各方面得到广泛应用。

4.超声波传感器的原理

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器，由发送传感器、接收传感器、控制部分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径为15mm左右的陶瓷振子换能器组成，换能器的作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中辐射；接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成，换能器接收波产生机械振动，将其变换成电能量，作为传感器接收器的输出，从而对发送的超声波进行检测。实际使用中，用作发送传感器的陶瓷振子也可用作接收器传感器上的陶瓷振子。控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、占空比、稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。超声波传感器电源可用DC12V±10%或24V±10%。

5.超声波探头

超声波换能器又称超声波探头。超声波换能器有压电式、磁致伸缩式、电磁式等数种，在检测技术中主要采用压电式。由于其结构不同，换能器又分为直探头、斜探头、双探头、表面波探头、聚焦探头、冲水探头，等等。本文以固体传导介质为例，简要介绍以下三种探头。

（1）单晶直探头。俗称直探头，其压电晶片采用PZT压电陶瓷制作。发射超声波时，将500V以上的高压电脉冲加到压电晶片上，利用逆压电效应，使晶片发射出一束频率落在超声波范围内、持续时间很短的超声振动波，垂直投射到试件内。假设该试件为钢板，而其底面与空气交界，到达钢板底部的超声波绝大部分能量被底部界面所反射。反射波经过一短暂的传播时间回到压电晶片。再利用压电效应，晶片将机械振动波转换成同频率的交变电荷和电压。

（2）双晶直探头。由两个单晶探头组合而成，装配在同一个壳体内，其中一片晶片发射超声波，另一片晶片接收超声波。双晶探头的结构虽然复杂一些，但检测精度比单晶直探头高，且超声信号的反射和接收的控制电路较单晶直探头简单。

（3）斜探头。有时为使超声波能倾斜入射到被测介质中，可选用斜探头。压电晶片粘贴在与底面成一定角度的有机玻璃斜楔块上。当斜楔块与不同材料被测介质接触时，超声波产生一定角度的折射，倾斜入射到试件中去，折射角可通过计算求得。

6.超声波传感器的应用

超声波传感器应用在生产实践的不同方面，而医学应用是其最主要的应用之一。超声波在医学上的应用主要是诊断疾病，它已经成为临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断的优点是：对受检者无痛苦、无损害，方法简便，显像清晰，诊断的准确率高，等等，因而受到医务工作者和患者的欢迎。超声波诊断是利用超声波的反射原理，当超声波在人体组织中传播遇到两层声阻抗不同的介质界面时，在该界面就产生反射回声。每遇到一个反射面时，回声在示波器的屏幕上显示出来，而两个界面的阻抗差值也决定了回声振幅的高低。

在工业方面，超声波的典型应用是对金属的无损探伤、超声波测厚和测量液位等。过去，许多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍，超声波传感器的出现改变了这种状况。超声波探测既可检测材料表面的缺陷，又可检测材料内部几米深的缺陷。当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上，“悄无声息”地探测人们所需要的信号。

超声波测量液位的基本原理是：由超声探头发出的超声脉冲信号在气体中传播，遇到空气与液体的界面后被反射，接收到回波信号后计算其超声波往返的传播时间即可换算出距离或液位高度。超声波测量方法有许多其他方法不可比拟的优点：（1）无任何机械传动部件，也不接触被测液体，属于非接触式测量，不怕电磁干扰、酸碱等强腐蚀性液体等，因此性能稳定、可靠性高、寿命长；（2）响应时间短，可以方便地实现无滞后的实时测量。

7.结语

超声波传感器应用起来原理简单，也很方便，成本也很低。但是目前的超声波传感器都有一些缺点，比如反射问题、噪音问题、交叉问题，等等。本文简要介绍了超声波的概念、特点，分析了超声波传感器的原理，并给出了超声波传感器的几种典型应用，对今后对超声波传感器的进一步学习和研究有一定的参考价值和实用价值。

参考文献：

［1］梁森，黄杭美.自动检测与转换技术.机械工业出版社，2007.

［2］吴旗.传感器及应用.高等教育出版社，2002，（3）.

［3］俞志根，李天真，童炳金.自动检测技术实训教程.清华大学出版社.

第7篇：超声波的基本原理范文

关键词：超声医学；临床实验；研究；应用。

超声医学是指声学、医学、光学和电子学相结合的一个学科，包括超声诊断学、超声治疗学和生物医学超声工程，它具有医、理、工相结合的特点。超声波在密度均匀的介质中匀速传播，当通过不同密度的介质时，就会出现反射、折射、散射、衍射以及多普勒效应。多普勒效应是指在描述光源和接收器之间的相对运动时光波频率出现升高或者降低变化的一种现象。超声波频率越高，介入的介质吸收的越多。临床医生就是通过人体组织形态和结构的不同，利用其反射和折射程度的差异形成具有不同特点的图像、波形和曲线来进行鉴别诊断，结合所学专业的医学知识进行准确的临床诊断，并制定针对性的治疗方案进行合理治疗，提高临床治疗效果。超声医学涉及范围广、直观、安全、无痛等优点，成为现在临床诊断疾病重要的一种技术。我院1年间应用超声进行临床诊断和治疗，能够准确的鉴别诊断疾病，降低了临床误诊率，在疾病治疗中，位置直观，患者手术时间缩短，安全而且无痛，医疗费用降低，痛苦减轻，恢复较快，临床诊断和治疗效果显著。现将2014年6月～2015年6月间来我院应用超声进行诊断和治疗的患者临床资料进行分析，结果报告如下。

1资料与方法

1.1一般资料

选取2014年6月～2015年6月间来我院应用超声进行诊断和治疗的患者临床资料，整个就诊过程中使用超声的设备和基本原理以及整理后的完整就诊资料。

1.2方法

回顾性分析2014年6月～2015年6月间来我院应用超声进行诊断和治疗的患者临床资料进行分析，探讨超声技术在临床中的应用价值。

1.2.1设备和基本原理：超声波就是一种频率大于20KHZ的声波，人耳感觉不到，它属于纵波，可以在气体、液体和固体中进行传播，它不但具有和声波相同的物理性质，同时还具有自身特性，包括束射性、反射、折射、散射、衍射以及超声波的衰减[[]]。超声波检查的工作原理就是利用超声波发射进入人体发生反射、折射后在正常组织和病变组织上表现出来的差异进行分析和鉴别。医生结合超声结果以及生理和病理的基础临床医学知识进行判断，得出临床结论，制定合理的治疗方案，以期达到最好的临床治疗效果。

1.2.2超声诊断仪分类：超声诊断仪种类多，根据空间和回波方式的不同分为6种类型，分别为A型超声、B型超声、M型超声、D型超声、三维超声和超声显微镜[[]]。A型超声是以波形来显示不同组织的特征，用于测量器官径线，判定大小。B型超声使用平面图形显示，具有重复性强，直观性好的特点，复查时可以对比。M型超声适合用来检查心脏功能，观察心脏结构以及活动状态，主要用于心血管疾病的诊断。D型超声主要用于检测器官活动状态和血液循环流动情况。

1.2.3超声诊断与临床应用：超声诊断主要是应用超声的指向性和反射、散射以及超声波的衰减和多普勒效应，使用不同的检查方法将超声顺利的发射进入人体组织内进行传播，当患者患有疾病时，正常组织或者病变组织的声阻抗就会出现差异，组成界面上出现反射和散射，接收回波信号和检波处理后，显示出相应的波形、曲线或者图形。专业的医生结合生理和病理解剖知识，对其进行观察、分析，可以对患病的部位、性质以及严重程度做出相应的判断。超声在临床中的应用范围十分广泛，例如超声诊疗、超声雾化吸入以及白内障超声乳化术等，为临床医生的正确诊断和有效的治疗提供了一个重要的手段。超声在临床使用治疗疾病的原理是机械效应，即超声进入人体中前进时产生的正常反应。超声通过振动的方式引起细胞内物质发生运动产生细胞的按摩作用，以此改变细胞膜的通透性，从而加速新陈代谢和血液循环，细胞缺血、缺氧状态得到改善，提高了机体的再生能力达到治疗的目的。

2结果

我院1年间应用超声进行临床诊断，降低了临床误诊率，在疾病治疗中，患者手术时间缩短，医疗费用降低，痛苦减轻，恢复较快，临床诊断和治疗效果显著。

3讨论

近年来，超声医学诊断技术发生了革命性的飞跃，在临床医学领域所占地位越来越重要，社会效益和经济效益不断提高，因此发展我国的超声医学是必然的趋势。目前已经成为临床疾病诊断的首选手段。超声应用不仅扩大了临床疾病诊断的范围，也提高了临床诊断的准确率，随着超声应用的逐渐普及，它已经成为了一种非常重要的多中国参数的系列诊断技术。它可以用来测速、测距、焊接、碎石和杀菌等等，在军事、工业和医学领域均有应用。医学超声应用的工作原理和声波传播相同，超声医学在临床中主要应用在妇产科、外科、眼科等科室，快速对患者的疾病做出临床诊断，节省了时间，为医生更好的开展临床工作提供了帮助。超声医学技术在医学界发挥着重要的作用，大大的提高了临床疾病诊断的准确率，随着科学技术的不断发展，超声技术也会不断完善，造福于全人类。我院1年间应用超声进行临床诊断，降低了临床误诊率，在疾病治疗中，患者手术时间缩短，医疗费用降低，痛苦减轻，恢复较快，临床诊断和治疗效果显著，值得临床医生和实验人员借鉴和进一步推广使用。

参考文献：

[1] 商|，李少梅，林红，申红，超声医学的实验研究和临床应用综述[J]，中国现代医生，2007，45（20）：145～147；

[2]张万蕾，李建国，周庆环，陈丽君，超声医学的发展趋势及超声医学教学的探讨[J]，中国医学装备，2008，5（3）：13～15；

[3]徐金锋，刘慧玉，临床超声医学教学改革的探索与实践[J]，重庆医学，2008，37（9）：998～999；

[4]伊立雪，超声医学高新技术现状和发展趋势[J]，中国医疗器械信息，2010，29（5）：4～8；

第8篇：超声波的基本原理范文

【关键词】声波透射法；基桩；完整性检测

1 引言

在现行的检测技术中，无损检测被越来越多的人接受，成为了一种新的检测方式，特别是在各种大型工程、地下工程中得到广泛应用。在桥梁基桩桩身完整性检测中，声波透射法充分发挥了其准确性高，可定量分析出桩身缺陷的大小和确切部位的优点，具有较高的实用价值。

2 声波透射法测试原理及方法

内部的结构特性与外部环境条件等很多因素会制约混凝土的物理力学性质，混凝土的应力应变关系反应于它的声波传播特性。根据弹塑性介质中的波动理论，其应力波波速为：

其中E为介质的动态弹性模量；ρ为密度；μ为泊松比。混凝土的弹性模量和介质的强度之间存在一定的相关性。超声检测的理论依据是混凝土介质的物理力学指标（强度、密度、动弹模等）与超声波的各种传播参数（波幅、声时值、衰减系数和声速等）之间的相关关系。当混凝土介质的构成材料以及均匀度、施工条件等所有内、外因素大多数一致时，超声波在其中的传播参数也会是一致的；超声波在传播中遇到存在缺陷的混凝土介质时，超声波会产生异变，声时、声速、声幅、频谱等各项参数都会产生变化，检测桩基完整性可通过高精密声波发射-接收仪器及传感器来记录与描述。

3 声波透射法测试方法

3.1 主要仪器设备

超声检测仪器设备主要采用：中国科学院武汉岩土研究所RSM-SY5智能声波检测仪1台及CH-1型声波跨孔测试换能器3只。

3.2 检测方法

首先向所有被检测的混凝土灌注桩预埋声测管内注满清水，用钢卷尺准确测量出桩顶各个声测管之间的净距离。缓缓将声波跨孔测试换能器分别置于预埋管中的两个声测孔的底部，让其高度保持一致，记录好深度，每隔25cm布置一个测点，基桩声波透射法现场检测示意图参见图1。为保证检测的准确性，确保各测点发射与接收换能器累计相对高差不大于2cm，并且随时校正其高度，如果发现测试结果异常，则必须对数据不合理部位重新检测。缺陷的位置和范围通过对测、斜测、交叉测及扇形扫测等各种测试方法确定。以每两声测管为一个测试剖面，对同一基桩所有剖面分别进行检测。

图1 桩基声波透射法现场检测示意图

3.3 数据处理及判定

可以用以下三种情况来判定桩身混凝土异常的临界值：

（1） 声速判据

在混凝土中超声波的传播速度（波速）Vp依据实测声时值tp、测距L计算得出：

其中：

t0为声时值初读数，t/为声时值修正值。

式中D为测管外径，d为测管内径，d/为换能器外径，Vt为检测管壁厚度方向声速，Vw为水的声速。

μp（μt）、σv（σt）分别为波速平均值和波速标准差。

如果实测混凝土声速值低于声速临界值，则应将其作为可疑缺陷区。

（2） 波幅判据

用波幅平均值减6dB作为波幅临界值，当实测波幅低于波幅临界值时，应将其作为可疑缺陷区。

式中 AD―波幅临界值（dB）；

Am―波幅平均值（dB）；

Ai―第i个测点相对波幅值（dB）；

n―测点数。

（3） PSD判据

采用斜率法作为辅助异常判据，当PSD值在某测点附近变化明显时，应将其作为可疑缺陷区。

式中：tci---第i个测点的声时；

tci-1---第i-1个测点的声时；

Zi---第i个测点的深度；

Zi-1---第i-1个测点的深度；

如果发现混凝土声速和波幅值出现异常并判为可疑缺陷区，必须用水平加密、等差同步或扇形扫测等方法进行更细致的测量，结合波形分析确定桩身混凝土缺陷的位置及其严重程度。

4 结语

随着现代铁路、公路的繁荣发展，很多重点工程都要求对桩基进行超声波无损检测。声波透射法优点众多，具有很广阔的市场前景。本文浅析声波透射法的基本原理和检测方法，旨在给该领域提供简单参考，还有很多缺陷和不足，有待进一步去完善。

参考文献

[1] 中华人民共和国行业标准.建筑基桩检测技术规范（JGJ 106 C 2003），北京：中国建筑科学研究院，2003

[2] 罗骐先.桩基工程检测手册，北京：人民交通出版社，2003

第9篇：超声波的基本原理范文

超声诊断仪有各种档次，先进的高档仪器结构复杂，具有高性能、多功能、高分辨率和高清晰度等特点。它们的基本构件包括发射、扫查、接受、信号处理和显示等五个组成部分，总体分为两大部件：主机和探头。

探头原理：仪器是通过探头产生入射超声波（发射波）和接受反射超声波（回波）的，它是诊断设备的重要部件。高频电能使探头中的晶体发生机械振动，产生超声波。接受回波的机械振动又可以通过探头转换成电脉冲。所以探头又成称超声换能器。其原理来自于晶体的压电效应。

压电效应原理：压电效应泛指晶体处于弹性介质中的一种电可逆特性，此现象是法国物理学者居里兄弟于1880年所发现，所以也被称为居里效应，见图1。

B型超声诊断仪是超声诊断仪的一种，是一般医院常用的诊断设备。B超按结构主要由探头、发射接收电路、模拟信号处理电路、键盘控制电路、数字扫描变换器、图象显示电路以及电源电路等几部分组成。探头按其扫描方式的不同，可分为线阵扫描探头和相控阵扫描（扇扫）探头两种。

1 电源电路部分

电源由变压、整流、滤波、稳压等部分组成。它是给整机提供了随电网电压变化的稳定电压，多数电源部分的工作电流较大，由于电流大，致使一些元件在正常工作时发热。所以要加装交流稳压器来稳定电源电压采取安装空调来降低室内温度和定期清除机器内部的灰尘等这些措施是完全可以减少电源部分损坏几率的，同时也降低了机器的故障率。

2 显示部分

显示器由视频放大，扫描和显示等几大部分组成。显视器的故障多出现在扫描部分，以行扫描的故障率为最高。行扫描部分正常工作时就是在高电压和大电流状态下，会有一系列的发热元件。当散热不良时，就可以造成这些元件因过热而损坏或使线路板开焊。温度过高可引起机器多处发生故障，所以通风和降温对B超机来说是非常重要的，这样可以更好的保证机器正常工作。

3 键盘部分

键盘由多功能键和数字字母键组成，由于生产机器的厂家不同，键盘也略有不同，但大致可分为两种一种是由独立的按纽开关组成的；一种是整体的触摸式按键。键盘最多的故障就是按键不灵，多数是由于导电橡胶的老化或灰尘、触点氧化所致。B超机的防尘是十分重要的。机器安放的标准条件是，有空调设备、干燥、通风、洁净的房间，即使这样机器还要定期的清灰保养（每年至少一次）这样将可以大大减少机器的键盘和其他部分的故障。

4 探头部分

探头作为B超使用最频繁的部件，是最容易损坏的部分。由于探头价格一般接近整机总价的一半，所以修复保养探头具有很高的经济价值。虽然各种B超探头的型号和厂家各有不同，但是由于基本工作原理相通，结构也类似，在熟练掌握B超仪基本原理的基础上，根据机器自检系统提供的信息为线索，在较短的时间内修复探头是完全可以做到的。B超探头有线阵探头和机械扇扫探头。其中机械扇扫探头故障较多。常见故障是声透镜有气泡。另一常见故障是扇扫探头不转，通常是探头本身驱动电机损坏，修理起来比较麻烦，需要把探头锯开，更换坏的驱动电机。

下面具体叙述几例探头的故障和解决方法。

例1故障现象：使用多年的B超机，显示器图像出现严重干扰，满屏出现雪花般的光点，闪烁感强烈，且无法调节辉度。

分析与检修：由于探头受到外力影响或操作人员使用有误，探头位置长期放置不当导致电缆线内部导线断裂。打开外层皮套，将总的屏蔽线横向划开，挑出断裂线，焊好后，用透明胶带缠上一层，用万用表测量其是否导通，导通后，将此根导线的屏蔽接好并缠好胶带。如果多根断裂，方法同上。试机，一切正常后将最外层的总屏蔽线焊好，外层皮套用高压电绝缘塑料胶带作了固定。

例2故障现象：B超机检测图象的扇区有黑带，扫描扇区有黑色条状干扰。

分析与检修：B超探头内部多数采用的是压电晶体，长期使用后会造成晶体自然老化。不规范的使用或摔、碰等外力击打会造成探头晶体的损伤，机器检测出来的图象就会出现信号衰减、图象有黑影，黑条、干扰、缺损等盲区，严重时会没有图象。这类故障是由超探头晶片短路导致的。晶片的短路可通过测量晶片的供电电压来判断，若某一晶片或晶片组的供电电压较其他的为低，则可判断该晶片或晶片组内有短路。更换相应的晶片或晶片组，使得探头恢复以前的特性，干扰消失。

例3故障现象：B超图象中出现垂直暗条。用手挤压探头垂直暗条处，垂直暗条明显减弱，更换同型号探头垂直暗条消失，初步判断，声透镜与匹配曾之间可能脱胶产生气泡。

分析与检修：声透镜是B超探头上接触人体的胶状专业物质，使用之后会造成声透镜自然磨损、划痕、开裂、腐蚀、脱胶、起泡等破损，尤其是因耦合剂进入下层造成的腐蚀，不仅会造成伪影等盲区，造成医生的误诊严重的会损伤探头晶体或造成漏电，危及患者的身体，给患者和机器带来伤害。用液体硅胶注入脱胶处并赶出气泡，用纱布带用力将探头绑紧放置24 h，然后解开纱布开机检测下，故障消失，探头恢复正常使用。证明该故障是由声透镜与匹配层之间脱胶所致。在处理这种故障时，使用液体硅胶作为探头声透镜的修补材料以及声透镜与匹配层之间的粘合材料，实践证明效果良好。

例4故障现象：探头因长期使用会造成壳体开裂老化，或因为人为的因素如摔、碰而变形，这时由于破坏了探头外壳的屏蔽质量，会造成图像干扰、不清，严重时会从前端出现感应电流，危及患者身体。

分析与检修：B超探头使用频繁，因此故障率较高，维修应变被动为主动，可对探头定期进行保养性检修。在平时的使用中，应该注意到以下几点：从主机上插拔探头前，应先把主机电源切断；使用中轻拿轻放，不能硬拉或使电缆线打折，严禁敲打、跌落、碰撞；要使用合格的耦合剂，不要使用有腐蚀性的或自配的耦合剂；每次探头使用完毕后，用软布或软纸将探头擦干净，不要用水或有机溶剂擦洗，以免探头内部电路进水或损坏；探头保护盒中应保持干燥和清洁，室内要保持一定的温度与湿度，要装配稳压器和地线。

5 总结

维修工程技术人员不仅要熟悉B超机工作原理，还要熟悉探头的各个部件和作用。因为B超机的工作原理相通，各种探头的结构也相似。在掌握机器基本原理的基础上，根据故障现象结合电路图来分析造成故障的原因和可能损坏的器件；甚至在没有电路图纸的情况下，根据机器的自检系统提供的信息为线索，根据探头各部件之间存在的密切联系，来检查推测判断故障的位置及原因。最常有的检查方法可采用电阻测量，电流测量，电压测量，波形测量，元件代换和信号追踪，在维修的时候不能忽略任何一个细节。预防性维护保养也很重要，除了探头本身的自然损耗必须更换新探头之外，探头的使用环境较差以及人为故障等等，这些因素引起的故障都是可以通过预防性维修来避免。

参考文献：