超声波技术精选(九篇)

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第1篇：超声波技术范文

关键词：超声波、磨削、振动、加工材料

1 超声波磨削加工的专利概况

（1）按照申请和公开的年份进行统计分析

图2-1可以看出，在国内1990以前，专利涉及超声磨削加工的比较少，我国超声波磨削加工起步比较晚，1990-2005年，经历了初步发展期，理论初步形成，2005-至今，技术发展比较迅速，高校和企业的专利申请比较活跃，说明超声波磨削加工技术逐渐成熟，在加工生产中应用广泛。国外超声波磨削加工起步比较早，在1975年有专利申请，申请量也是逐步增加，其中1975-1990年，申请量一直处于小幅的增长过程中，处于初步发展阶段；在1990-2000年，经历了快速发展阶段，申请量增长量比较快，技术发展比较成熟；2000至今，处于缓慢增加，申请量维持较高水平。

图1-1 超声波磨削加工的国内外专利申请量趋势

2 超声波磨削加工技术发展

超声波磨削加工装置的发展主要体现在超声波加工技术的应用和改进。加工材料主要包括工程陶瓷、石英、光学玻璃、单晶硅、宝石、硬质合金、复合材料等硬脆性材料，S着材料的广泛应用，也促进了超声波磨削加工的快速发展。随着超声波加工技术的发展，以及加工材料精度高，超声波磨削技术逐渐与其他表面加工方式结合对工件进行加工，如电化学加工、电解研磨[1]。

3 结语

本文通过对超声波磨削加工的专利申请的分析，概览了该领域专利申请的总体情况，分别从年度走势、申请人情况、发展趋势等方面进行分析。通过分析可知，近年基于超声波磨削加工领域的专利申请迅速增多，申请人在该领域专利布局逐渐加强，但国内申请人重要集中在高校；针对目前这种情况，企业应该加强对专利的认识，研究基于超声波磨削加工领域中出现的新技术和新方向，引导各企业和科研机构积极研发核心技术并促进专利成果转化。

第2篇：超声波技术范文

【关键词】超声波；污泥减量；预处理

0 引言

超声波是指频率为20～106kHz的声波。自从1880年Curie发现压电效应，及1917年Langevin发现反压电效应（即电致伸缩效应），半个多世纪以来，超声技术及其应用获得了极为广泛而令人瞩目的成就。超声波用于工业较早。低强度的超声波通常用于测量流量，而超声波技术在环境工程中的研究和应用还处于早期发展阶段，在国外，早在1993年超声波技术就作为一种新的技术引入到水处理中[1]，到目前为止已有大量实验室的基础研究成果，并有部分进入实际应用。而国内，这方面开展的工作还非常有限。

将超声波用于污泥减量是一个全新的领域。当一定强度的超声波作用于某一液体时，一般是在很高的声强下，特别是在低频和中频范围内，产生交替的压缩和扩张作用从而进一步产生空穴作用，在溶液中这个作用以微气泡的形成、生长和破裂来体现，以此压碎细胞壁，释放出细胞内所含的成分和细胞质，以便进一步降解。超声波细胞处理器能加快细胞溶解，用于污泥回流系统时，可强化细胞的可降解性，减少了污泥的产量；用于污泥脱水设备时，有利于污泥脱水和污泥减量。

随着我国城镇污水处理行业近年来的快速发展，到2013年我国城镇污水厂已经有3000多座，按80%含水率计算，预计我国每年污泥的产生量会达到3000多万吨，污泥处理是污水处理的一项重要部分，通常泥量约为水量的1%-2%，但污泥处理在整个污水处理厂投资中约占40%-50%。不仅投资大，传统厌氧消化工艺还存在负荷低、安全性要求高、运行管理难度大、运行经验缺乏等问题，这就使得部分运行管理水平较低的污水处理厂索性将消化池闲置，造成很大浪费。

所以污泥的处理任重道远，改善污泥处理技术，减少污泥产量迫在眉睫。作为一项新的污泥处理技术，超声波具有无污染、高效率、操作简便等特点。常见的超声波设备有两种：探头式反应器与槽式反应器（图1、图2）。探头式反应器声强高，反应容器可以做成各种形状，但作用体积较小，适宜于实验研究或小规模操作。槽式反应器则更适于大规模生产。

1 超声波在污泥处理中的应用现状

国外对超声波污泥处理技术研究较多，如德国巴姆堡市污水厂，由于管网扩充和改造等原因，每天的污泥量相应增加，考虑到节约资金和提高效率等方面的问题，引进3台超声波污泥反应器对污泥进行预处理。一期两台运行3个月后，沼气产量增加30%，污泥停留时间从25天降到18天，从而满足了在不建造新的污泥罐的情况下保证消化深度的要求。其流程见图3。

超声波预处理破坏菌胶团强度结构后，大量被挟裹在菌胶团内的有机物被释放到水中，从而易于为微生物所用。使用112W/mL的低频处理可以将可溶性COD占总COD的比值（SCOD/TCOD）从36%提高到89%，可溶性N的比值从34%提高到42%[2]。由于厌氧发酵的关键步骤是水解，将不溶性的有机颗粒变为溶解性的有机物，水解十分缓慢，造成厌氧处理周期长。超声波预处理可以相当程度地取代水解过程，而时间大大缩短。

除了对污泥结构的破坏外，超声波还能改变微生物活性。一定强度的超声波可以促进酶活，加快微生物生长，提高其对有机物的分解吸收能力。线性超声波处理45min可以使啤酒酵母细胞生长对数期提前6h，而且细胞数提高近一倍，细胞干重也有较大提高，其可能原因是超声波产生的微冲击流改进了细胞内外的传质作用，从而加快有机质进入细胞和代谢产物排出细胞的进程。超声波加快膜传递的现象也被其他研究所证实。可溶性有机物的增加和细胞活性的增加共同作用，极大地加快了厌氧发酵速率，而且促进效应在超声波停止后数小时内依然存在。30―120min的超声波处理使厌氧发酵时间从22d降到8d，而且挥发性有机物的去除率从45.8%提高到50.3%，同时沼气的产率提高了2.2倍[3]。也就是说短时间的超声波预处理可以大大缩短发酵时间，提高沼气产率，从而极大地降低投资和运行费用，并提高处理效率。

然而过高强度的超声波可以破坏微生物细胞壁，使细胞内的有机物释放出来，例如0.144W/mL下处理120min后污泥中64%的大肠杆菌被杀死[4]，由于超声波效应在声波停止后数小时内依然存在，微生物的灭活给后续的生物处理造成很大困难。

目前，国内将超声波应用于污泥处理中的实例并不是很多，取得进展的主要有以下几个方面。

河北科技大学祁梦兰，郑自保等利用H2O2声化学氧化法处理靛蓝染料废水，并与Fenton氧化法进行比较，发现两种方法可以达到大致相同的处理效果，但H2O2声化学氧化法处理时间较短，仅10-20min，而Fenton氧化法反应时间则需120-140min；H2O2声化学氧化法的H2O2投加量为5.5mg/L，而Fenton氧化法的H2O2投加量为13.8mg/L，为声化学氧化法的2.5倍。这说明超声波化学反应具有独特的作用，相应的降低了运行费用。他们还对靛蓝染料废水进行了H2O2声化学氧化-间歇式活性污泥法处理，处理后出水水质符合GB8978-88《污水综合排放标准》中一级标准[5]。

南京工业大学殷绚等采用超声波处理扬子石化污水处理厂提供的剩余污泥，观察超声处理时间以及声强对污泥结合水的综合影响，发现超声处理污泥在较低声强和较短时间范围内能够降低污泥的结合水含量，有利于提高污泥最终的脱水[6]。

天津大学环境科学与工程学院王芬等采用超声波技术破解污泥絮体及污泥微生物细胞壁结构，使固体性有机物与胞内物质变为溶解性有机物（SCOD）。考察SCOD溶出率随超声作用时间、声强及声能密度的变化情况发现，SCOD溶出率随超声作用时间、声强及声能密度的增加而增加，在一定声能密度下，SCOD溶出率随时间延长呈线性增长趋势，即污泥破解反应遵从一级反应动力学规律。VSS的变化规律同SCOD溶出率的变化规律相似。利用多元统计学中t分布检验方法分析诸因素对破解效果所产生的影响，得出各因素影响程度从大至小顺序为：超声作用时间>声能密度>声强[7]。

他们还对影响超声波作用的各个因素进行研究，结果发现：声能密度为0.096W/mL时，超声破解污泥的主要作用力是水力剪切力，羟基氧化几乎不起作用；声能密度为0.384W/mL时，水力剪切力与自由基氧化在超声破解污泥反应中所占的比例分别为80.85%与19.15%；声能密度为0.72W/mL时，水力剪切力与自由基氧化在超声破解污泥反应中所占的比例分别为74.14%与25.86%。并得出结论，在各影响因素中，pH值对超声破解污泥的效果影响最大[8]。

通过以上实例，可以发现，超声波在污泥处理中的应用技术在国内的研究已经开始10余年了，而且在这一方面我们还需要做大量的研究工作从而摸索出较为科学的方法使其能够更好的为污泥处理服务。

2 结语

我国城市生活污水厂污泥问题，只有通过综合方案解决，最终落脚点仍是通过新技术来降低总运行成本，同时保证出水水质。超声波污泥预处理技术为污泥的减量化稳定化和资源化提供了技术基础，并使他们成为一体。欧美的实践经验表明，该技术在节省建造成本上具有不可比拟的优势，具有广泛的应用前景。

结合我国国情，一方面，能源消耗大成为国民经济发展的制约因素，另一方面，作为可再生能源载体的污泥却被当作包袱令污水厂运营方大伤脑筋。新型超声波污泥处理技术在降低能耗方面的突破为解决这一矛盾提供了一个好的方向，可以预期，该技术的推广应用将促进实现污泥罐小型化、污泥减量化、稳定化、无害化和资源化的统一。

【参考文献】

[1]V. Urban，J.C.Block，J.Manem，Bioflocculation in activated sludge：an analytic approach [J].Water，Res.，1993，27：829-838.

[2]Y.Chiu，C.Chang，J.Lin，S.Huang.Alkaline and ultrasonic pretreatment of sludge before anaerobic digestion[J].Wat.Sci.Tech.，199，36 （11） ：155-162.

[3]A.Teihm，K.Nickwl，M.Zellhorn，U.Neis.Ultrasonic waste activated sludge disintegration for improving anaerobic stabilization[J].Wat.Res.，2001，35（8）：2003-2009.

[4]C. Chu，B. Chang ， G. Liao ， D. Jean ， D. Lee. Observations on changes in ultrasonically treated waste-activated sludge[J]. Wat. Res.，2001，35（4）：1038-1046.

[5]祁梦兰，郑自保，等.声化学氧化-间歇式活性污泥法处理污染废水的研究[J]. 化工环保，1996，16：23-26.

[6]殷绚，等.超声波声强及处理时间对污泥结合水的影响[J].化工进展，2005，24（3）：307-311.

第3篇：超声波技术范文

关键词：加氢反应器 凸台 超声波检测 探头

中图分类号：TH878 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（b）-0078-02

Ultrasonic Testing Technique for Bump of

Hydrogenation Reactor

Qi Ling min1 Han Taikun2

（1. Department of Science， Guangdong University of Petrochemical Technology； 2.Testing Center，The Challenge Petrochemical Machinery Corporation of Maoming，Maoming Guangdong，525000，China）

Abstract：This paper introduces the manufacturing process of bump， designs ultrasonic testing detective areas according to the bump’s structure and the flaws which appear easily，and then choose the appropriate probes according to specification of detective area. The design improves productivity and reduces probability of undetected flaw，the effectiveness of the proposed design is verified by testing in production practice.

Key Words：Hydrogenation Reactor；Bump；Ultrasonic Testing；Probe

为获得高质量的石油加工产品或增加原油转化为轻质成品油的比率，以及适应高含硫原油、劣质原油深加工的需要与改善环境条件等目的，在现代石油加工工业中出现了加氢工艺装置[1]。与此同时，加氢装置中的关键设备加氢反应器的设计及制造技术也有了很大的进步。

加氢反应器在制造过程中，铬钼钢焊缝以及堆焊层将不可避免地出现一些表面和内部缺陷，同时，反应器长期工作在高温（400～500 ℃）、高压（8～20 MPa）以及临氢状态等苛刻条件下[2]，因此在制造的过程中，反应器的各个部分的质量要求都非常高。

加氢反应器内构件的支撑形式不是采用一般的支耳式焊接支撑圈，而是采用凸台形式。在制造过程中用渗透检测方法检测凸台的表面缺陷，用超声波检测方法检测凸台的内部缺陷。相关标准[3]和以往的教材[4]中并没有给出凸台或相同结构的超声波检测方式，在相关文献[2，5]等中也没有发现相应的检测方式，因此，凸台的检测是一个难点，在检测的过程中如果检测方式设计不当，就有可能漏检，给后续的使用带来很大的安全隐患。结合凸台的制造过程及生产实践中无损检测经验的积累，本文设计了一种凸台制造过程中的超声波检测方式，经过在茂名重力石化机械制造有限公司（为叙述方便，以下简称为重力公司）长期的应用，验证了该设计的可行性。

1 凸台的制造过程及容易出现的缺陷

凸台是在筒体内侧一层一层堆焊起来的，根据高度的不同，堆焊的层数发生相应的变化，堆焊的材质和母材的材质是相同的，例如某加氢精制反应器的母材材质为12Cr2MoR，则焊材的材质也是12Cr2MoR。堆焊成型的凸台由于表面比较粗糙并不能直接检测，而是要进行机加工，使其表面粗糙度复合检测要求。经过机加工后的凸台拐角处圆滑过渡，从而改善了该不连续部位的应力分布，详见图1。

与凸台相关的缺陷按部位可分为四种：

（1）表面缺陷主要有裂纹、气孔、夹渣等；（2）凸台内的缺陷，一般为夹渣、气孔和未熔合；（3）凸台与母材的未结合；（4）凸台下的再热裂纹。

2 凸台的超声波检测设计及应用

凸台的检测是超声波检测中的一个难点。超声波检测设计分为两个部分：

第一，检测面的选择；

第二，探头的选择。

首先要确定检测面，例如某加氢精制反应器，E1焊缝的规格为Φ4600×150/60/107 mm，其中内径为4600mm，母材厚度为150 mm，凸台高度为60 mm，宽度为107 mm，检测面选择如图2所示。

该反应器中E4焊缝的规格为Φ4600×150/60/37 mm，宽度为37 mm，其他条件不变，凸台表面结构发生了变化，斜探头在其表面的扫查受到限制，声束检测不到凸台拐角区域，为提高缺陷检出率，检测面就要发生变化，如（图3）所示。

其次是探头的选择，斜探头的选择和焊缝的类似，主要考虑工件厚度和声束的覆盖范围等条件，相关标准和教材中已经提出一般要求，直探头的选择不仅和凸台的厚度有关，也和翼板的直径有关，例如某加氢精制反应器母材内径为4600 mm的E1焊缝用2.5P20探头。某补充精制反应器中的E2焊缝规格为Φ2213×δ120/60/ 37 mm，内径为2213 mm，曲率变大，2.5P20探头表面和凸台表面之间间距变大，耦合效果就会较差，漏检的可能性非常大，因此要选择直径小一点的探头，可以选择2.5P14探头。

3 结语

介绍了凸台的制造过程及容易出现的缺陷，根据这些信息设计了超声波检测检测面，进而结合检测面规格选择合适的探头。该设计经过在重力公司的长期实践，收到了很好的效果，主要表现在以下两个方面：提高了工作效率，盲目的增多检测面和探头，会使得检测劳动量增加，降低工作效率；降低了漏检概率，过少的检测面和单一或不正确的探头又会产生漏检，严重影响产品的质量。因此，合理的设计无论是在提高工作效率方面还是降低漏检概率方面都是显得十分必要。通过在生产实践中的现场检测验证了本文提出的设计的有效性。

参考文献

[1] 黎国磊.我国高压加氢设备国产化的成绩及面临的挑战[J].石油化工设备，1997，26（3）：6-9.

[2] 刘德宇，沈功田，李邦宪.压力容器无损检测―― 加氢反应器的无损检测技术[J].NDT无损检测，2005，27（2）：96-99.

[3] JB/T4730.3―2005承压设备无损检测第三部分：超声检测[Z].

第4篇：超声波技术范文

关键词：超声波 超声波探伤 探伤仪的工作灵敏度 纵波 爬波 声耦合剂 底波 缺陷波 RTV

中图分类号：TM216 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（c）-0247-02

瓷制绝缘子是电网设备的重要组成部件，由于其长期运行在强电场、强机械应力、风雷雨雪天气、环境污染严重等恶劣条件下，以及瓷绝缘子本身在生产制造过程中产生的内部缺陷，都使瓷质部件存在着很大的断裂风险。近年来，国内已多次发生变电运行或检修工作人员由于绝缘子断裂导致伤亡的事故，严重影响了电网设备的安全运行，也给电力职工的人身安全造成了严重威胁。为了防患未然，尽力避免发生此类事故，国家电网公司已专门成立了高压支柱绝缘子事故调查小组，对近年的多起事故进行调查分析并提出整改方案。华北电网有限公司制定了《高压支柱绝缘子超声波检测导则》及超声波探伤检测人员培训方案，逐步将超声波探伤技术应用于实际的生产工作中。

超声波探伤是目前应用最广泛的无损探伤方法之一。超声波是一种机械波，机械振动与波动是超声波探伤的物理基础。而超声波探伤中，主要涉及到几何声学和物理声学中关于声波的反射、折射、波形转换、波的叠加、干涉、绕射、惠更斯原理等知识。如果能熟练的掌握相关知识，对于在实际工作中分析和解决各种问题将是十分有益的。

1 基本概念解释及检测设备选择要求

1.1 基本概念解释

超声波是一种机械波，机械振动与波动是超声波探伤的物理基础。超声波探伤就是利用超声波的指向性和传播规律来检查工件中存在的缺陷情况。此类探伤工作需要使用专用的检测工具即探伤仪才能进行，而探伤仪在一定条件下探测缺陷大小的能力被称为探伤仪的工作灵敏度，它是决定探伤仪能否准确的发现被检测设备缺陷的重要因素。

利用超声波对瓷制绝缘子探伤最常用到的两种方法就是小角度纵波检测和爬波检测。所谓纵波，是指介质质点振动方向与波的传播方向一致的波。爬波是指表面下纵波，是当第一介质之中的纵波入射角位于第一临界角附近时在第二介质中产生的表面下纵波。常用的小角度纵波检测和爬波检测都是利用了纵波的传播特性来进行工作。

为了把超声波探伤仪的探头发射的超声波射入被测品，避免探头和探伤接触面之间造成空隙而需要施加一种介质即声耦合剂（如水、机油、纤维素合成物等）。在检测过程中，探伤仪所装备的显示屏上会实时的显示出各种信号，其中包含有由于工件底面引起的反射波（底波）信号和由于缺陷引起的反射波（缺陷波）信号等。由于目前许多瓷制绝缘子表面都涂有一种用来提高设备憎水性和电绝缘性的涂料（RTV），其对超声波检测有一定的影响，有时会由于喷涂时产生的问题，会在探伤仪上显示出一些干扰波信号。检测人员必须能清楚地分辨各种波的信号，并根据信号判断是否存在缺陷。

1.2 超声波探伤设备基本要求

对于用来进行探伤工作的超声波探伤仪，在《中华人民共和国机械行业标准——超声波探测瓷件内部缺陷（JB/T 9674—1999）》中有明确的规定。

超声波探伤仪应满足以下要求。

（1）仪器工作频率应包括1～5MHz。

（2）仪器标称探测深度应不小于被试品的高度。

（3）具有总衰减量不小于50dB，衰减调节精度为±1dB以下的衰减器。

（4）当探伤发射功率较大，且电源电压在标称电压±10%范围内变化时，水平线性下不应有明显的变化。

超声波探伤仪所使用的探头应满足下列要求。

（1）采用单直探头，根据需要在-5MHz范围内选择探头频率，推荐为1.25MHz或2.5MHz。探头晶片直径可根据需要选择。

（2）探头发射的超声波主声束在垂直方向偏向角应不大于2°。

对试品的规定如下。

瓷件两端面的平行度和主体轴线直线度应符合GB 772的规定。探测面应平滑，其粗糙度应不大于10μm。

对耦合剂的规定如下。

应采用良好的声耦合剂，如水、机油等，且必须保持耦合剂的清洁。

在实际的工作中，我所在公司使用的广东汕头超声电子股份有限公司生产的CTS-9008型陶瓷绝缘子超声探伤仪。该设备是针对电力行业中高压支柱瓷绝缘子及瓷套检测的专用数字式超声波探伤仪，设备要求符合国家标准，抗电磁干扰能力强，而且携带比较方便，对测试结果的显示也很清楚明白。目前已经大量装备于唐山供电公司及其各分公司。

2 典型事故案例分析及绝缘子检测相关规定

随着电网的迅速发展，使用瓷支柱绝缘子数量逐年加大，高压瓷支柱绝缘子断裂引发的事故时有发生。据来自山东电网的不完全统计，自1999年来共发生220kV瓷支柱绝缘子折断7起，3次全站停电，对电网的安全生产特别是人身安全构成极大威胁。

2.1 典型事故情况

（1）2002年4月12日，莱芜电厂220kVⅡ母线、泉莱线、莱山线春季停电清扫、预试，当拉开#3923-3刀闸（GW4/220），刀闸头相距80cm时，开关侧B相支柱瓷绝缘子下节法兰根部断裂，上节掉落，相邻的TA接线板在引线作用下断开，未造成停电和人员伤害。断裂的支柱绝缘子为1981年普通强度瓷产品，断面有黄芯，分析为产品质量问题。

（2）2004年3月13日，临沂温水站将220kV#1母线负荷并列倒至#2母线运行，拉开201-1刀闸，当导电摺架下落至中间位置时，201-1刀闸B相支持支柱绝缘子断裂，造成220kV#2母线A、B相相间短路，并将A相支柱瓷瓶拉断，全站失压进而使温云线单电源供电的220kV云蒙站全站停电。断裂支柱绝缘子为1995年普通强度瓷产品，折断部位在下节支柱的上法兰根部，上、下节抗弯强度6kN，而实有2.5kN。分析为上、下节装配不对，下节应具备倒装试验要求。

（3）2012年5月8日17：13，陕西电网330kV延安变进行110kV母线倒闸操作过程中，110kV1116延马1线II母侧刀闸支柱瓷瓶断裂，110kV母差保护动作，两条110kV母线跳闸，致使马家湾、吴起、志丹、东郊4座110kV变电站失压，损失负荷8.1万千瓦。

2.2 断裂原因分析

2.2.1 生产管理和制造工艺存在缺陷

（1）用来制造瓷绝缘子的原材料的质量是影响绝缘子质量的基本因素。原材料必须具备化学、物理和矿源稳定性。化学成分的不稳定将影响瓷质的均匀程度。例如：电瓷原料中SiO2含量过高，烧成时残余石英颗粒将相应增加，残余石英颗粒与其周围的玻璃间常存在微裂纹，这将缩短瓷质的疲劳寿命。部分生产厂家由于经济实力或采购问题，选购原材料产地矿源不稳定，管理不严，各原料间界面不清，影响配料的准确性，导致所生产的瓷制绝缘子存在严重的质量问题。

（2）法兰胶装毛坯在滚花或刻槽工艺过程中存在内应力和微裂纹等隐患，绝缘子在运行一段时间后，微裂纹不断扩大，容易发生低值破坏。我国在20世纪80年代末期建设的变电站中有许多发生断裂的绝缘子其断裂点就在滚花与主体交接处。

（3）瓷绝缘子在生产过程中的烧成温度是影响其成品质量的又一重要因素。烧成温度一般在1250～1300℃间，<1250℃就出现生烧，>1300℃为过烧。传统的燃煤倒焰窑和一些普通煤气窑温度控制与测量有较大偏差，同窑产品中有合格或生烧过烧。如果出厂检验率较低，会导致部分不合格产品投入运行中。

（4）在处理瓷支柱折断事故时，常遇到断面有黄芯。黄芯的产生是因为在烧制中采用还原焰，当还原气氛不足或还原时间不够时，支柱表面还原充分，Fe2O3被还原成FeO，瓷质呈正常的灰白色，而中心部分没还原，仍以Fe2O3形式存在，呈黄色。黄芯与正常瓷质膨胀系数相差很大，在运行中遇到急温热天气或剧烈震动，极易导致绝缘子发生折断。据资料统计，由于黄芯现象导致绝缘子断裂的事故在山东电网中占80%以上。

（5）瓷件与水泥的热膨胀系数不同，通常在瓷件胶装表面涂抹一层沥青缓冲层，以缓解热胀冷缩时带来的应力。如果沥青层很薄，在热胀冷缩过程中会产生较大的应力导致瓷件在胶装处断裂。

（6）通常在瓷件与法兰间会涂有一层防水密封胶。在冬季，如果瓷件胶装处密封胶破损严重，产生在空隙，就会由于渗入的水分产生冰冻，冰冻应力导致支柱折断，在我国北方地区尤其严重。

（7）少数隔离开关生产厂家在配件入厂、装配环节存在管理漏洞。为降低成本，对入厂的绝缘子配件不做相关检测，导致不合格配件装到刀闸开关上。此外，对于多节组合的支柱绝缘子，除最上节外，其余都要做正、倒装试验，以保证两端法兰承受一定的弯曲负荷。

2.2.2 电力部门运行、检修管理不到位

（1）个别电力部门在选购和设计支柱瓷绝缘子时，误认为该类产品结构简单，不需要精密的仪器进行检测，从而简化验收程序，降低验收标准，设计施工过程中裕度偏低，在恶劣天气或异常受力情况下易造成瓷件断裂。

（2）安装调试不合理。在硬管母线安装或站内隔离开关和其他设备连接时引线连接过紧，导致支柱绝缘子或隔离开关的瓷制部分长时间受机械应力作用，强度不断下降造成断裂。

（3）检修维护不当。电网设备逐年增多，工作人员少，造成刀闸开关超期检修，出现传动机构锈蚀、卡涩、别劲等现象，如操作不正确，极易导致支柱断裂。据统计GW6型隔离开关断裂数量较多。

2.3 支柱瓷绝缘子检测相关规定

为了加强高压支柱瓷绝缘子的技术监督工作，进一步拓宽技术监督工作的范畴，延伸技术监督工作的内涵，保证设备安全、可靠、经济运行，国家电网公司在2005年3月制定并了《72.5kV及以上电压等级支柱瓷绝缘子技术监督规定》。该规定依据国家、行业的有关标准和规范结合近年来国家电网公司在生产中积累的经验制订，明确了高压支柱瓷绝缘子设备选型、订货、监造、出厂验收、现场安装、现场验收、运行、检修和技改的全过程技术监督内容。对设备的缺陷检测、评估、分析、告警和整改的过程监督工作提出了具体要求。并指出各网省电力公司可根据此规定，结合本地区实际情况制定相应的实施细则。

该规定在设备监造方面明确指出，252kV及以上高压支柱瓷绝缘子的订货数量在50只及以上的，要进行入厂监造；126kV（72.5kV）的高压支柱瓷绝缘子订货量较大的，各单位根据具体情况进行监造。

在安装、投产验收方面，规定中要求在高压支柱瓷绝缘子运抵安装现场时要进行外观检查和超声波探伤，而且在安装、调试结束后（投运前）必须再次对高压支柱瓷绝缘子进行超声波探伤。尽力保证在施工过程中造成的隐患被及时发现并妥善处理。

对于运行的变电站支柱瓷绝缘子的超声波检测周期，规定中要求有以下几方面。

（1）新投运设备一年后须进行检测。

（2）72.5kV及以上支柱瓷绝缘子自投运之日起，三年为一个检测周期，三个周期后检测周期缩短为一年，检测率和发现问题处理率都必须为100%。

（3）对运行20年及以上的支柱瓷绝缘子。经各电网公司有关部门鉴定后，可以退出运行。

3 从事超声波探伤人员的要求和实际工作应注意的问题

3.1 对超声波探伤人员的要求

在《华北电网有限公司企业标准—— 高压支柱瓷绝缘子超声波检测导则（讨论稿）》及《中华人民共和国机械行业标准—— 超声波探测瓷件内部缺陷（JB/T 9674—1999）》等文件中均指出：从事高压支柱瓷绝缘子超声波检测及其他各类无损探伤工作的人员，必须具备国家有关主管部门颁发的无损检测人员技术资格证。在电力行业，必须经过电力行业无损检测考委会培训考试合格后持证上岗。

这就表示，从事该项工作的人员必须认真负责的完成检测工作，并要对检测过的设备建立相应的设备资料数据库。

3.2 在实际工作中应注意的问题

在实际的生产工作中，从事超声波无损检测的人员通常会遇到下列问题。

（1）探伤工作中使用的探伤仪通常为便携式设备，应当定期对设备进行充电、校验、检修及其他日常维护工作，确保设备能随时投入生产工作中。

（2）要注意对日常探伤工作中发现的问题和分析结果进行经验上的积累，不断地学习增长专业知识，这将能更好的帮助我们完成此类工作。

（3）从事探伤工作尤其要注意自身的安全防护。由于变电站内大多数支柱瓷绝缘子或隔离开关的安装位置均在2～3m，甚至高达10m左右。为此，探伤人员应能熟练使用安全防护用具，经过必要的高空作业培训，必要时应申请使用辅助机械设备协助完成高空探伤作业。

（4）对通过无损检测的设备除进行必要的记录外，还应及时将可能诱发危险的问题（如：连接引线过紧、防水密封胶脱落严重等）上报相关领导，发出预警，做到早发现、早处理，这才能确保设备的安全稳定运行。

4 结语

由于高压瓷制绝缘子超声波检测技术在华北电网范围的实际推广应用还处于初期，组织相关人员学习培训的机会不多，而且参加并通过相关培训考核获得相应检测资格的工作人员还很少，对检测工作中发现的各种问题的分析也比较浅薄，可供互相参考学习的经验不多。而且本人也刚刚取得相关检测资格并在从事检测工作时间尚短，经验不足，文中涉及内容如有错误或不足之处，请大家多提宝贵意见，非常感谢！

参考文献

[1] 华北电网有限公司.华北电网有限公司企业标准—— 高压支柱瓷绝缘子超声波检测导则（讨论稿）.

[2] 国家电力公司发输电运营部.电力工业技术监督标准汇编（绝缘监督）下册.

[3] 全国锅炉压力容器无损检测人员资格考核委员会组织.超声波探伤（试用本）.

第5篇：超声波技术范文

关键词：超声波技术；变电站；设备巡视；局部放电；在线检测技术 文献标识码：A

中图分类号：TM595 文章编号：1009-2374（2016）17-0122-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.17.059

变电站运维人员每月最主要的工作就是定期设备巡视，检查设备的运行状况，及时进行故障判别，保障设备安全、稳定运行，通常采用目测、手摸、耳听的方法来进行设备运行情况判别，而目测是最直接最便捷的方法，但目测的方法有着很大的局限性，很难准确发现运行设备存在的发展性缺陷，尤其是那些在运行中极易发热的设备缺陷，只有当设备发热到一定程度时（此时运行设备已有不同程度的损坏）才能够发现，使得设备缺陷未能在萌芽状态被发现而延误了处理；还有就是随着系统容量的增大、电网负荷的增加和设备的逐步老化，致使运行设备异常发热的缺陷不断增多，如用示温腊片进行设备的发热缺陷检测，有时却无法发现业已存在的故障，会误判为设备出线接头发热导致的，而延误了那些开关本体内故障的及时处理。因此，利用超声波检测技术进行设备巡视，既能解决目测方法的局限性，又能大大提高运维人员判别设备缺陷的能力，特别是对迎峰度夏和重大节假日期间设备的安全、稳定运行起到举足轻重的作用。下面就结合目前运维站利用超声波带电检测技术在提高运维人员设备巡视效果的应用上做一些介绍。

1 超声波检测的原理

超声波检测法的原理是电力设备内部产生局部放电信号的时候，会产生冲击的振动及声音，通过在设备腔体外壁上安装超声波传感器来测量局部放电信号，从而判断内部是否存在局部放电信号。由于声波的传播不受金属屏蔽的影响，所以检测到的数值比较大。

局部放电暂态地电压检测法的原理是当高压电气设备发生局部放电时，放电电量先聚集在与放电点相邻的接地金属部分，形成电流脉冲并向各个方向传播。当内部放电时，放电电量聚集在接地屏蔽的内表面，因此外部检测在屏蔽层处连续状态时是无法检测到放电信号的。往往屏蔽层在绝缘部位、垫圈连接处、电缆绝缘终端等部位出现破损的情况下才会出现不连续的状态，此时高频信号便会传输到设备外层，放电产生的电磁波将会通过设备金属箱体的接缝或气体绝缘开关衬垫传播出去，而产生暂态对地电压，再通过设备的金属箱体外表面传到地下去。利用检测传到设备外壳上的脉冲信号来判断设备内部是否存在局部放电，但由于开关柜整体屏蔽效果比较好，所以检测到的信号比较微弱。

2 检测分析方法

2.1 带电检测

2013年4月12日，阿勒泰供电公司运维人员在对110kV盐碱变电站10kV开关柜进行带电检测例行试验时，发现用Ultraprobe 9000超声波局放检测仪检测出10kV选矿二线1017断路器开关柜后上柜存在异常超声波信号，测试结果如表1所示：

从以上测试数据可以看出，1017断路器后上柜存在较大幅值的异常超声波信号，其他开关柜的超声检测信号均在合格范围内。随即用Ultra TEV plus+进行检测，检测数据如表2所示。

从表2中可以看出，1017开关柜后上柜与金属的相对差值为6dB，不是很大，在合格范围内。

局部放电暂态地电压检测法是一种最新型的开关局部放电检测方法，实际工作中该方法灵敏度高、操作方便，从而在开关柜的绝缘状态检测中得到广泛应用。当开关柜内部元件对地绝缘出现局部放电时，将会有少许放电能量以电磁波的形式转移到柜体的金属铠装上，此时便会产生持续大约几十纳秒的暂态脉冲电压，在柜体表面通过传输线进行传播，当容性传感器探头检测到柜体表面的暂态脉冲电压时，便可发现和判定开关柜内部的局部放电缺陷。

超声波检测法是通过超声波传感器来检测设备放电时产生的超声波信号，超声波频带在20kHz以上时，就会不受外部噪声的干扰。实际上，用超声波检测时，探头是置于设备外部的，此时放电信号在绝缘介质的作用下衰减严重，也失去了应有的灵敏度，如进行定量分析将会存在较大的困难，但应用于局部放电初测及比较严重的空气中的放电效果较为明显。而超声波检测方法的优势在于能检测到地电压甚至超高频等手段无法发现的缺陷，特别是对某一发展阶段反应为振动信号的缺陷。

加之上述超声波检测又是在开关柜中上部母排的位置，通过局部放电暂态地电压检测法原理和超声波检测法原理，判断可能存在母排螺丝松动而引起的局部放电缺陷。

2.2 复测

2013年5月13日，我们又对110kV盐碱变电站1017断路器开关柜进行了复测，复测结果见表3和表4。

从表中可以看出，超声波异常信号仍然存在，从而更加确定存在局部放电现象。

2.3 隐患排查

2.3.1 根据两次检测结果判断1017开关柜内部可能存在局部放电现象，立即将1017开关柜列入月度检修计划进行停电消缺。在公司统一部署、安排下，于2013年8月14日对110kV盐碱变电站10kV母线停电，将1017开关柜后柜门打开进行仔细检查，发现B相母排有轻微的晃动，并且B相母排与支持绝缘子连接处存在明显放电痕迹（如图1）。

因此初步判定放电原因为固定铝排螺丝松动引起的悬浮放电（如图2）。

随后，检修人员对B相母排氧化的部分进行打磨处理，对氧化的螺丝进行更换并紧固（如图3），重新恢复送电。

2.3.2 处理后恢复送电，对1017开关柜进行了重新测试，测试结果如表5和表6。

从以上数据可以看出，在经过处理后，超声波异常信号消失，TEV检测信号也较之前降低了很多，说明之前通过超声波检测的分析和判断是准确的。即B相母线排固定螺丝松动，造成螺丝对母排悬浮放电。

3 注意事项

第一，事实上，10kV开关柜内部不同的缺陷会形成不同的局部放电现象，对于内部放电和表面放电而言，目前主要采用的非介入方式。带电检测的方法主要有超声波检测和暂态地电压（TEV）两种检测方式，在一些设备发生放电的情况下，我们可以同时侦测到超声波信号和TEV信号，但针对另一些放电情况，因内部放电振动幅值非常小，通常只能检测到两种信号中的一种，因此实际操作中，应该以超声波、暂态地电压检测方式相互补充，才能够有效地检测到全部的局部放电现象。

第二，测试过程中需要注意排除噪声干扰，手机等电子设备要远离仪器和被检测设备。检测之前，应加强背景检测，背景测量位置应尽量选择被测设备附近金属构架。检测过程中，一定要避免敲打被测设备，以防止外界振动信号对检测结果造成影响。

第三，超声波测试容易受到现场周围环境的影响，特别是当设备本身产生不同程度的机械振动时，超声检测便会产生非常大的误差，加之超声传感器的检测有效范围较小、灵敏度低，不大适用于大型的电气设备。

第四，近年来超声波检测法的灵敏度有较大的提高，但其在电气设备内部的传播效应性较为复杂，特别容易在一些情况下出现超声定位失败现象，目前无法利用超声波信号对局部放电进行模式识别和定量判断，主要作为一种辅助测量方法加以应用。

4 结语

超声波法非常适用于局部放电故障诊断，它能使局部放电检测技术向多元化方向发展。超声测试与局部放电相结合的测量方法能准确判断并找出设备内部的局部放电故障点，具有操作方便、故障定位精准、读取数据直观等优点。实践证明，采用多种相互补充的测试方法，能迅速、有效地检测到设备局部放电缺陷，该有效实用的检测技术对提高电网供电可靠率具有重要意义。

参考文献

[1] 王培义，朱伯涛.开关柜局部放电超声波在线检测技术的应用[J].河北电力技术，2010，（6）.

第6篇：超声波技术范文

【关键词】便携式 超声波 注水流量计 在线校正 分析

在进行油田注水的开发过程中，注水量不仅仅能够反映出地层的能力，同时也是能够反映出注水设备的生产能力，也是注水水平的一个重要体现。所以注水量精度的计量便显得较为重要。在实际进行注水的过程中，受到注水的水质以及其他方面的因素影响，是需要定期对其注水流量计进行有效校验，使其更好去保障计量的准确性。为了能够保证注水生产数据准确，必须要定期对其压力变送器以及流量计做好鉴定校正工作。

1 超声波流量计的原理分析

声波主要是在流体之中进行传播，顺流的方向声波传播速度将会不断提高，逆流方向的传播速度也会减少，同一个传播距离将会存在着不同的传播时间，因此可以利用传播速度之间的差以及被测流体之间的关系从而求取流速，便称之为传播时间方法。主要是在流体之中发射一定程度的频率超声波，然而传播距离相同时，顺流以及逆流之间是存在着一定的相位差，这个差值主要是和流体速度成正比例关系，如果管径相同时，那么通过相位差则可以求出流量。

对于超声波的流量计而言，是具有着不扰乱流体流场以及无腐蚀等方面特点，同时超声波流量计主要是为非接触式的流量测试仪表，在进行测试的过程中传感器原件并不接触流，采用夹装式的超声流量计便能够实现不停流在管道的上安装，仅仅只是在管道的外部进行安装换能器便可以。

2 在线校正的技术分析

2.1 超声波在线校验主机的优选分析

通过相应的分析可以得出，现如今较为常用的超声波流量计普遍是存在着一定程度的问题，首先便是为测试反应并不够灵敏，其次则是为在复杂状况下测试不出来，最后是测试的重复性并不是很好，应用的效果也是不理想。因此通过选择德国弗莱克森超声波流量计作为其主机，并且对其进行汉化的处理，这种仪器累计流量计以及瞬时流量计量所存在着的误差比较小，同时其精度能够百分之零点二五，此外为了能够保证测试的方便，主要是将壁厚测试集成到超声波的在线校验主机上面。

2.2 配套的标准罐研究制作分析

针对于流量比较小的流量计来说，在进行校验的过程中需要进行累计流量的修正，因此为了能够有效的避免放空水比较多，研究制作出了八十升的标准计量罐，计量的精度主要是为百分之零点二五，为了能够更好的适应现场管线的放流阀出口比较低的实际情况，主要的设计是采用了下入罐的方式，也是配渥畔嘤Φ幕涣髌鳌

2.3 测试方式的优选分析

主要是根据夹装的方式存在着不同，则是可以分为三种不同的方法：第一是充分利用现有的管线装夹和标准罐法去进行直接的标定。第二种则是通过利用现有的管线装夹以及标准罐的方法进行标定。第三种则是加装不锈钢标准测流段去进行夹装超声流量计来相应的标定，因此可以根据实际的情况从而选择相应的方法来进行检测。

然而在实际进行测试的过程中，主要是根据超声波的反射次数多少，从而将其测试的方法可以分为一次、二次以及三次和四次声程的测试，然而在室内可以采取四种不同的声程来做好对比的测试的工作，其结果相差并不是很大，因此考虑到了超声波信号所存在着的强弱等方面的原因，从而可以选择不同的测试来做好试验的工作。

3 测试的分析

为了能够更好的去验证超声波流量计的准确性，主要是可以采取在流量计校验装置上进行同步的对比测试，与此同时也可以选择不同区域以及刚刚经过利用常规流量计的校验装置进行相应对比试验。

3.1 流量计的校验装置上的对比试验分析

主要是可以采取超声波的在线校验仪器从而和现场实际的流量校验装置来对其进行对比的测试，其流量计的校验装置主要是为沈阳兴大通仪器仪表公司所生产出来的DTLL-2010A型号的标定装置，针对于这种装置而言，通常情况下主要是为四种不同的管径通道，可以通过其调节流量的大小，采取二次声程在4种不同流道上进行了对比测试试验，然而不同的管径测量的平均误差主要是在百分之零点一到百分之一点一之间。

3.2 现场的注水阀组流量测试的分析

主要运用超声波流量计以及标准水罐计量数据进行对比，某工程现场主要是对其83口井212井次，其存在着的平均误差主要是在百分之三以内，因此在进行普测的基础之上，进行了不同流量的范围以及不同的测试时间和不同的测试位置等方面的情况进行相应的对比测试分析，通过进行分析之后可以得出，研究制作的超声波在线校验的装置在每天五立方米以上的流量都是较为适合的，并且测试的过程中不会时间以及阀前和阀后等测试的位置影响，其存在着的测试误差够控制在百分之四之内，因此必须要对其给予高度的重视。

4 总结

通过上述内容进行分析研究之后可以得出，首先是超声波流计对于油田注水的在线流量计现场进行校正是完全可行的，此外计算的装置精度需要能够满足生产管理的需求。其次超声波在线校验技术能够更好的在注水正常的情况下实现对于流量计的标定校验，进而更好的去改变了流量计的拆卸校验方式，同时也对其流量计的校验程序进行了简化，对其准确性进行提高。最后则是超声波的在线校验装置的稳定性比较高，在对测试位置以及测试的时间进行消除的过程中将会对校验的结果带来影响，从而提高检测精度。

参考文献

[1]杨勇，朱益飞，潘道兰.1010P便携式超声波流量计在油田注水中的应用[J].计量与测试技术，2005，12（24）：163-166.

[2]谢文献，肖坤，李永强，李伟，韩守刚，刘涛.注水高压离心泵大口径流量计在线标定技术[J].石油天然气学报，2008，12（24）：112-115.

[3]马云峰，张学斌.提高便携式超声波流量计测量精度的试验研究[J].工业设计，2015，12（24）：120-124.

[4]魏洁.超声波流量计在流量计现场检测中的的应用[A].江苏省计量测试学会2006年论文集[C]，2006，12（24）：105-108.

第7篇：超声波技术范文

关键词：超声波CT技术；桥梁工程；钻孔灌注桩；检测

0引言

随着经济的发展，桥梁工程项目日益增多，钻孔灌注桩是桥梁工程中常见的基础形式，对施工质量提出了较高的要求。对桥梁工程钻孔灌注桩进行检测，确保施工质量具有重要意义，应用科学的桩基检测技术可有效提高检测工作的质量，进而为桩基工程整体质量及安全提供更好地保障。超声波CT技术是一种有效的无损检测技术，对于桥梁工程钻孔灌注桩的质量检测能发挥重要作用，下面对其进行具体论述。

1桩基超声波CT检测技术概述

超声波CT检测技术为一种以X-rayCT理论作为基础发展起来的检测方法。该种方法通过利用基桩超声波斜测法对桩体进行扫描，然后对扫描所得的数据进行综合分析，得出三维CT成像图。应用该种方法能够对基桩的缺陷区域、缺陷程度进行准确的判断，可有效弥补平行透射法在应用过程中存在的缺陷。

2桩基超声波CT检测系统的关键技术

2.1采集系统

传统桩基检测中所应用的采集系统主要应用到一发一收及人工定位两种方法。该种方法在实际应用过程中无法满足具有较大数据采集量的CT系统。CT智能采集系统对传统采集系统存在的不足进行了改进，换能器实现了一发多收及测线定位实现了电子计数定位。通过将多个一发多收的压电环进行串在一起并联，可实现对多个数据进行接收，提高数据采集工作效率。电子定位通过换能器将电缆带动滑轮引出，凭借电机对滑轮的转动圈数进行记录，然后通过换算求出换能器具体移动距离，进而实现数字定位。

2.2自判系统

在被测介质中，声波传播一定声程需要的时间为声时。系统自判所应用到的数学方法主要为极值、方差。该两种方法在应用过程中的原理均较为简单，计算也较为便捷，但是较易受多种因素影响，进而降低了其计算结果的准确性。超声波CT检测仪在应用过程中需要对大量的数据进行处理，其对处理精度有较高的要求。本次研究主要以滑动平均作为基础的多波形综合分析专家判读系统。该种系统的原理表现如下：将采集到的波形数据进行分类，将其转换为标准波形；然后将存在一定连续性的数据点进行平均化，当有突变出现时，便可判定为声波到达此点采集到声时。进行平均化主要起到滤波的效果，使其能够更加适合应用于大规模运算，同时还可更好地满足单片机运算特点，使处理工作效率和精度均得到大大地提升。

2.3CT成像系统

CT成像系统为桩基超声波CT检测系统中的最重要组成部分，其功能主要表现为将得到的走时数据进行正演、反演分别得到路径和波速，使其转变为二维速度分布。通常情况下，正演会应用到打靶法。该种方法运算快捷且路径具有较高的准确性。反演通常会应用到模拟退火算法。模拟退火法在应用过程中要求应用一个能量函数对试算模型实施反复验证，进而得出一个相对准确的结论。

3应用实例

本文采用RSM-SY8型基桩超声波CT成像测试仪，对某桥梁工程的A12#钻孔灌注桩进行了超声波CT检测。该桩为人工挖孔桩，桩径1400mm，桩长17.30m。在混凝土灌注完成后，桩顶存在渗水现象。为对该桩的质量进行全面的检测，对该桩进行了三维CT成像扫描，经过相关处理之后所得到的图像见图1通过对图1进行观察可知，图像在视觉上具有较高的清晰度，可清晰观察到在12.5～13.5m存在一个低速区域，形态及范围清晰可见，进而判断该区域出混凝土质量较差，存在严重缺陷。为了验证CT检测的结果的准确性，对该桩进行了钻芯法验证检测，钻芯法检测结果见图2。钻芯检测结果显示，在桩身12.5～13.5m处存在纯砂浆区域，未见粗骨料分布，混凝土质量相对较差，与CT检测结果符合。由此可见，应用超声成像技术可更好地反映桩体内部存在缺陷情况，并可对缺陷范围大小、严重程度进行较为准确的判断。

4结语

随着超声检测技术及设备的不断提高，超声成像技术的应用范围越来越广泛，其在各个领域的应用过程中均发挥着重要作用。将桩基超声波CT检测系统应用于工程桩检测质量检测上，可更加清晰、直观地对桩体内的情况进行反映，进而提高桩体缺陷范围大小、具置等判断的准确性和科学性，使得工程施工过程中存在的问题可得到及时发现，并得到有效解决，为工程整体质量和安全提供更好地保障。但超声CT检测技术在桥梁工程钻孔灌注桩检测中的应用还存在设备成本较高、技术难度大等问题，应用相对来比较少，因此还需不断加强对桩基超声波CT检测技术的深入研究。

参考文献：

[1]程光贵.电磁波CT技术在既有建筑桩基检测工作中的应用研究[J].工程勘察，2014（6）：217-218．

[2]贾道夫.桥梁桩基检测中关于CT技术的应用阐述[J].城市建设理论研究，2013（4）：191-192．

[3]黄永林，许汉刚，蒋新.用层析成像方法检测隐蔽工程结构缺陷[J].地下空间与工程学报，2013（5）：38-39．

[4]陈鹏，张宁.超声波透射法检测桩技术研究应用[J].科技致富向导，2010（11）：183-184．

[5]黄大勇.大孔径桩的超声波检测方法研究[J]．常州工程职业技术学院学报，2008（1）：72-74．

[6]王和文，张璐，康世海.超声波CT技术在某大桥桩基检测中的应用[J].物探化探计算技术，2008（4）：7-8，65-68．

[7]郭飞，郭雷，黄华.超声波CT成像技术在桩基检测中的应用[J].江西建材，2016（10）：97，100．

[8]颜勇，林德宏．超声波CT技术在某大桥桩基检测中的应用[J].建筑，2012（16）：99-100．

第8篇：超声波技术范文

【关键词】 无损检测 超声波 仪器 因素

1 锅炉压力容器超声波探伤检测

作为无损检测技术的重要手段之一，超声波检测技术是发展最快，应用也最广泛的领域。超声波信号具有高频特性，频率在2-25khz之间。从理论上来说，在无限大、均匀介质中超声波的传播途径是直线，反之，若是非均匀的介质（也包括从一种到另一种介质中），声阻抗的改变会使超声波在不同声阻抗的界面上产生折射、投射和反射的光学物理现象。图是超声波检测仪器的工作原理图。对于超声波仪器来说，这些变化会转变为输出信号，指示受监测的器具时都存在缺陷。超声波检测技术可以用来评价器具固体材料的微观组织，以及通过检测相关力学性能探究其微观和宏观不连续性。在超声波检测技术发展的早期，对于大部分检测设备来说只含有A扫描形式。扫描形式的单一导致应用的范围也很狭窄，仅用于模拟量信号的分析，这种信号输出需要富有经验的检测和分析人员，来进行人工分析才能得出正确的结论。本文所探讨的对象是锅炉压力容器，即锅炉与压力容器，由于生产技术的限制，在这些特种设备的制造过程中不可避免地会产生不同程度的缺陷。经断裂力学研究资料证明，在特种设备的诸多缺陷中，危险系数最大是带有尖锐边缘的平面裂纹性质的缺陷。在工业

生产中焊接技术是经常用到的一种施工手段，毫不夸张地说，含有金属材料的工件大都离不开焊接。焊接的质量亦可以通过无损的超声波检测技术进行评价，避免将焊道切割进行物理性的压弯、拉伸等检测。为超声波检测仪检测焊接缺陷的原理。在我国现行的技术标准中，规定对于工件中重要的焊道要全部进行无损检测，确保产品的质量安全。在超声波检测技术的应用实践中发现对工件进行超声波无损探伤时，可能会由于探测角度的问题，检测仪对于工件存在的某些缺陷（如裂纹、未熔合等），区分度不是太准确。对于一些工业使用的器具，如本文所探讨的锅炉压力容器，很有可能是由于一些小的缺陷而导致惨痛的灾难事件，在带来严重生产损失的同时也对人员的安全造成隐患[1]。正因为如此，我们有必要对A型扫描回波波形进行研究分析，区分非缺陷波等结构型回波，通过模式识别等方法来提高超声波检测技术对工件缺陷的准确识别。

2 影响缺陷定位定量的因素分析

2.1 影响缺陷定位的主要因素

2.1.1 仪器的影响

在超声波检测中，仪器要保持水平线性。在检测锅炉压力容器，由于管道和锅炉表面的自然曲度，可能会造成仪器水平线性不佳，从而导致缺陷定位误差大。这种误差是固定存在的，在不能避免时我们只能借助不同角度的多次检测来减少误差。仪器水平刻度精度也是影响缺陷定位的因素。调节超声波检测仪器示波屏上水平刻度值可以对仪器的基线比例进行调整。

2.1.2 探头的影响

超声波检测仪器探头发出的实际声束轴线，若与探头几何中心轴线存在较大的偏离时，会导致检测结果的不准确。有些厂家使用的超声波检测仪器维护不足，长时间使用后仪器的探头性能下降，有时甚至会显示探头双峰的现象。两个主声束均指示缺陷存在时，而不能准确定位是哪个主声束检测到的，从而也无法对缺陷进行准确定位[2]。探头长期使用必将引起磨损，对于探头部位来说最常见的就是斜楔。若斜楔的前面磨损较大，相对于完整探头的检测结果来说，探头检测到的折射角会增大，探头K值增大，同样若是后面磨损较大，情况正好相反。半扩散角越小，探头的指向性越好，从而超声波检测仪器的缺陷定位误差小定位准确度高。

2.2 影响缺陷定量的主要因素

2.2.1 仪器性能

超声波检测仪器在进行无损探伤时，仪器的性能是影响探测结果最重要的因素。如古语所言，工欲善其事必先利其器。生产企业在选择检测仪器时，一定要广泛调研，购入质量合格、经久耐用的仪器。探头是整个仪器中最容易磨损的部位，检测仪器还要做好平常的维护，保证检测结果确实可信。仪器的频率、垂直线性、探头形式、衰减器精度、折射角大小、晶片尺寸等都会直接影响检测仪器的回波高度，从而对工件的缺陷定量检测产生影响。

2.2.2 耦合与衰减的影响

对回波高参数来说，耦合剂的声阻抗和耦合层厚度都是影响参数准确性的因素。除此以外，对于表面粗糙，或者是正常设计得凹凸不平的工件，在进行无损探伤时可能会造成耦合不良。要考虑到试块或被探工件与检测仪的表面耦合状态可能存在差异，在进行灵敏度校准时，要采取有效的方案对耦合误差进行补偿，减小定量误差。对于某些工件应该测定材质的

2.2.3 操作人员的影响

在进行超声波无损检测进行缺陷定量时，操作人员也是不可忽略的因素之一[3]。不同的操作者的操作习惯不同，力度也不一样，斜锲的磨损程度也不尽相同。在调节各种参数时，如仪器时基线比例，通过试块来进行调准。操作人员若没有将回波前沿对准水平刻度，亦或是读数时视线未与刻度相平，都会造成缺陷定量结果不准。对于不同形状的工件要及时调整缺陷定位的方法。就本文探讨的锅炉压力容器大多不能以平板工件来简单处理。

3 结语

现今，随着科学技术的发展在工业生产中已有很多无损检测方法，如磁粉、渗透、超声波和射线探伤等。相对于诸多的无损检测技术，对于锅炉压力容器超声波还是有其不可比拟的优势。在设备的缺陷监测中有三个关键性数据，分别为缺陷距表面距离、缺陷之间的距离、壁厚的径向长度。本文从超声波技术的原理入手，通过对超声波无损探伤技术在锅炉压力容器检测中的应用进行详细分析，之后在分析的基础上对影响超声波检测技术应用过程中，探讨工件的缺陷定位和定量影响因素。本文的研究对工业生产中锅炉压力容器的质量检测有着重要的指导作用，有利于超声波探伤检测技术更好应用于实践中。

参考文献：

[1]黄健.数字超声波探伤仪在液化气储罐探伤中的应用[J].测控技术，2008，27（6）.

第9篇：超声波技术范文

关键词：SPWM;IGBT;8089单片机;软锁相；大功率超声波电源

中图分类号：TM714 文献标识码：A

文章编号：1004-373X(2008)09-102-03

Research of Ultrasonic Source Control Technology Base on Single Chip Computer 8089

PEI Jiuling，QU Baida

(College of Communication and Control Engineering,Jiangnan University,Wuxi,214122,China)

Abstract：To overcome some disadvantages of low precision,slow dynamic response,unconvenience parameter adjust existing in high-power ultrasonic power supply，it applies intelligent control composed of 8089 microcontroller is proposed.The article introduces the modulation principle of SPWM,the composition of high-power ultrasonic power system applying the single chip computer to realize the soft of phase lock loop,the mechanism of work and the software thought.It realizes the low loss,high power factor and the whole performance of the circuit is developed.

Keywords：SPWM;IGBT;8089 single chip computer;soft of phase lock loop;ultrasonic power supply

随着计算机软硬件技术、电力电子技术及信号处理技术的飞速发展，超声波获得了非常广泛的应用。近年来，由于微机的广泛应用，构成计算机控制的智能控制系统或装置越来越多。这里基于PWM技术，应用单片机组成智能控制系统，对目前的大功率、高频率、高性能的智能化超声波电源技术进行了研究。

1 系统的硬件电路组成

系统原理框图如图1所示,他包含功率变换主电路和控制电路两大部分。主电路采用交-直-交结构，包括整流、直流滤波器、逆变器、变压器及负载等组成部分。其中，交-直部分为桥式整流，经过电解电容器虑波得到平稳电流。逆变器选用IGBT作为开关元件，电路在传统桥式[1]结构的基础上加入一个简洁的辅助网络，形成移相控制全桥逆变器，该电路可以在任意负载和输入电压范围内实现零电压开关(ZVS)，减少损耗，提高了电源利用效率。

逆变器的控制电路在整个系统中至关重要，这里采用MCS-96系列8089单片机作为智能控制部分的核心，采用正弦脉宽调制方式(SPWM)对逆变器进行控制，用以实现功率匹配和频率跟踪的数字化技术。

1.1 单片机控制系统

本控制系统由MCS-96系列8089单片机、74LS138地址译码、EPROM2764和RAM6264等构成最小微机系统，完成超声波频率给定、载频频率设定，模拟输出单极性正弦波恒幅脉宽调制信号(SPWM)，还可实现功率、频率显示以及过压、过流、过温保护控制。

图1 超声波电源系统框图

超声波电源系统中负载换能器工作在谐振状态，为了保证负载端电流和电压同频同相[2],要加上同步锁相环。因此，本文逆变环节采用双环结构的PWM控制方式，控制框图如图2所示。

同步电压信号由相位及峰值检测电路送至单片机锁相处理，单片机通过D/A数模转换口输出与同步电压同相位的标准正弦波，外部电压环通过将直流母线电压给定信号U*d与实际的直流母线电压UdЫ行比较后得到的误差信号送入PI调节器，PI调节器的输出则为要控制的输出电流幅值指令信号Im，д饫锏缪够返PI调节器在单片机内部用软件来实现。电流幅值指令信号Imв氡曜颊弦波相乘后得到了幅值可调的正弦电流给定信号i*a，与实际的输出电流反馈信号iaЫ行比较，电流误差信号经比例调节器(为减小稳态误差，这里采用大比例控制，由外部硬件电路实现)放大后送入比较器，再与三角载波信号比较形成SPWM信号，该SPWM信号经过驱动电路去驱动主电路开关器件，便可使实际的输出电流跟踪给定信号，从而达到与同步电压保持同相位变化，提高了输出的功率因数，同时由于输出电流的幅值决定了输出功率的大小，那么幅值可调也决定了输出功率的可调，并且也达到了控制支流母线电压的目的。

图2 控制框图

1.2 SPWM原理和波形

脉宽调制逆变器简称PWM，简单地说，是通过控制逆变器内部开关器件的通、断顺序和时间分配规律，调控逆变器输出电压中基波电压的大小和频率，增大输出电压中最低阶次谐波的阶次，并减小其谐波的数值，来达到调控其输出电压，同时又改善输出电压波形的目的。

本文采用单极性正弦波恒幅脉宽调制信号(SPWM)，调制原理见图3。图3中，Uc是载波信号，Ur调制信号，利用采样控制理论中冲量等效原理，在他们相交点可得到一组等幅矩形脉冲，脉宽和正弦曲线下的面积成正比，脉宽基本上呈正弦分布。从图中也可以看出在单极性调制时，Uc是与Ur始终保持同极性的关系，Ъ凑弦波处于正半周时，载频信号也在正值范围内变化，产生正的调制脉冲序列，与此相同，在负半周产生负的调制脉冲序列。根据在正弦波半周内载频信号的频率，可以确定产生调制脉冲的数目，这样也就同时决定了控制各个功率管的通断次数。 SPWM产生的调制波是一系列等幅、等距而不宽的脉冲序列。

图3 单极性SPWM原理及波形

1.3 软锁相

锁相环[3]是一个相位反馈控制系统。锁相环由三部分组成，即鉴相器(PD)、环路滤波器(LPF)和压控振荡器(VCO),其基本构成如图4所示。其主要工作原理：输入电压与输出Ui与输出Uo通过鉴相器PD进行相位比较，得到相位误差信号Ue，Ue再经过低通滤波器LPF产生控制电压 Ud ，Ud 加到压控振荡器VCO上使之产生频率偏移，从而跟踪输入信号的频率，当输入信号频率与输出信号频率相同时，锁相环锁定，从而实现频率跟踪。И

图4 PLL结构图

本文利用单片机8089实现软锁相。锁相部分的软件设计主要分两个部分，一是输入电压U的相位检测；二是电流指令正弦波的输出。

相位的检测利用8089单片机的外部中断实现，其P0.7引脚的正跳变信号触发中断，连续两次正跳变的时间间隔即为负载基波电压的周期Ts。

正弦电流指令的产生由8089单片机与D/A转换器共同完成,他是由N级阶梯波近正弦。8089单片机有2个定时器和4个软件定时器，且均可产生中断，软件定时器的中断时间间隔可设定，利用他来产生正弦的数字信号。首先根据D/A转换器的参数生成基准正弦Su的正弦表，综合考虑8089单片机的运算速度以及控制程序的运行等，选取合适的正弦表点数(亦即阶梯波的阶梯数)N，则每个阶梯所占的时间为Ts/N。在软件定时器中断服务程序中，首先设定下一次的软定时中断时间Ts/N，再利用查表法实现i*=α•SuВ这里Е联为正弦的比例系数，由电压环的误差电压决定其大小。

以上分析了相位的检测和正弦电流指令的产生，接下来是实现正弦指令与输入电压的同步。在利用查表法产生正弦时，正弦表指针P对正弦表循环计数(0~N)。当发生外中断，即负载基波电压过零时，正弦电流指令也应该正向过零点，所以在外部中断服务程序里，应该修改指针P，使P位于正弦表的正向过零点。然而由于存在软硬件的延时，往往不能将P指向正弦表的正向过零点，而应指向p*(这里p*与正弦表的正向过零点有一个偏差Δp)，才能使D/A输出的电流指令i*与输入电压U的相位差为0。p*的选取需要在实验中确定，于是在外中断服务程序里将P指向p*[4,5]。

2 系统软件设计

2.1 主程序

主程序包含初始化子程序、显示子程序和采样子程序以及中断程序地址的设定，参数的设定等，开放软中断以及软定时中断等。初始化子程序中，对各寄存器设定初值，对单片机本身的I/O口、定时器设定工作方式。显示子程序可对电压与电流信号进行定时采样，A/D转换后，经I/O口输出，进行动态显示。本系统还可对超声波电源频率、功率进行设定、显示。

2.2 中断服务子程序

中断服务子程序分为外部中断服务程序和软件定时器中断服务程序

2.2.1 外部中断服务程序

外部中断服务程序中主要完成以下任务：在每次发生外部中断时，把指针P重新指向p*，同时将正弦表点数即阶梯数赋给初值(这里程序中一共在一个周期中设置了125个正弦表点数，每次外中断发生时，依次输出125个点即完成正弦电流指令的输出)，并设置外中断发生标志和采样标志。

2.2.2 软件定时器中断服务程序

软件定时器根据母线电压PI子程序计算的正弦比例来实现正弦波的输出，或者也可以通过软件设置为固定的比例输出，即固定的功率输出。由于采用周期控制，一个周期20 ms，正弦表点数取为125，所以大约160 μs发生一次中断。其程序流程图如图5所示。

图5 软定时中断服务程序流程图

2.3 母线电压PI调节子程序

母线电压采样信号送入CPU后，由软件来实现电压环PI调节的数字化，本文采用增量型PI算法，其表达式为:

И

u(k)=u(k－1)+Kp(e(k)－e(k－1))+KITe(k)

=u(k－1)+(KP+KIT)e(k)－KPe(k－1)

И

令A=KP+KIT,B=KP,他们是与比例系数、积分

系数、采样周期相关的系数。则上式可简化为u(k)=u(k－1)+Ae(k)－Be(k－1)，那么数字PI控制算法的程序流程图如图6所示[5]。

图6 数字PI控制算法程序流程图

3 结 语

基于SPWM技术的大功率超声波电源由于采用单片机智能控制系统，从而使电源频率可实现人工设定，输出电压亦可通过调节可控整流角Е联Ф改变；锁相环实现输出电流与电压保持同频同相，从而能将电能以近似于1的功率因数，提高了电能利用率；同时采用高频调制后可获得高质量的输出电流波形，抑制了高次谐波，使换能器损耗减小，从而可为大功率超声波换能器在各个领域应用提供性能优良的超声波电源。

参 考 文 献

［1］Roland E.Best.锁相环设计、仿真与应用［M］.北京:清华大学出版社，2003.

［2］林征宇，吴建德，何湘宁.基于DSP带同步锁相的逆变器控制\[J\].电力电子技术，2001，35(2):24-25,28.

［3］胡寿松.自动控制原理\[M\].北京：国防工业出版社，1998.

［4］Song E H,Kwon B H.A Direct Digital Control for the Phase-controlled Rectifier.IEEE,TIE,1991,38(5):337-343.

［5］汪建，孙开放，章述汉.MCS-96系列单片机原理及应用技术［M］.武汉：华中理工大学出版社，2000.

［6］徐以荣，冷增祥.电力电子技术基础［M］.南京:东南大学出版社，2004.

作者简介 裴玖玲 女，1980年出生，硕士研究生。主要研究方向为电力电子技术，当前课题主要是大功率高频超声波电源的研究。