導(dǎo)語(yǔ)：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(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：超聲檢測(cè)；混凝土結(jié)構(gòu)；影響因素

中圖分類號(hào)：TU112.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1009-9166（2011）017(C)-0151-01

引言：超聲波法是一種重要的混凝土強(qiáng)度檢測(cè)方法，其檢測(cè)過(guò)程對(duì)混凝土材料沒(méi)有損傷，也不影響建筑結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的使用性能，重復(fù)或復(fù)檢方便，重復(fù)性良好，因而在混凝土檢測(cè)中應(yīng)用非常廣泛。本文簡(jiǎn)要探討混凝土結(jié)構(gòu)超聲檢測(cè)的基本原理及影響因素。

一、超聲波檢測(cè)混凝土的基本原理分析

混凝土超聲檢測(cè)是混凝土非破損檢測(cè)的一項(xiàng)非常重要的技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外都取得了廣泛的應(yīng)用。發(fā)射換能器以一定重復(fù)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(fù)頻波，各種頻率成分的波將以不同速度傳播。超聲波檢測(cè)技術(shù)中的主要聲學(xué)測(cè)量參數(shù)有以下幾個(gè)，可以從這幾個(gè)參數(shù)來(lái)簡(jiǎn)要分析超聲波檢測(cè)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(nèi)部結(jié)構(gòu)（孔隙、材料組成等）有關(guān)，同混凝土的彈性性質(zhì)有關(guān)。通常混凝土的彈性模量越高，內(nèi)部越致密，聲速也越高。所以在超聲波檢測(cè)時(shí)，如混凝土內(nèi)部有空洞、蜂窩體等缺陷時(shí)，聲時(shí)值會(huì)有所增大，聲速也會(huì)相應(yīng)地降低。在結(jié)構(gòu)混凝土檢測(cè)中，聲速還會(huì)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(cè)量的精度，就應(yīng)控制好測(cè)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(gè)波前半周的幅值，也即是首波，接收到的超聲波信號(hào)越強(qiáng)，振幅越大，當(dāng)發(fā)射出的超聲波強(qiáng)度一定時(shí)，就可以通過(guò)振幅的大小來(lái)反映混凝土粘塑性能，由于混凝土的強(qiáng)度同其彈性性能和粘塑性能有關(guān)，因而振幅也可體現(xiàn)混凝土的強(qiáng)度。采用超聲波檢測(cè)時(shí)，如果混凝土存在裂縫或缺陷時(shí)，便會(huì)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(cè)中，聲脈沖信號(hào)包含了一系列不同頻率成分的余弦波分量，它們?cè)趥鞑ミ^(guò)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(guān)，還與混凝土的質(zhì)量、強(qiáng)度及內(nèi)部缺陷情況有關(guān)，故可以測(cè)量超聲波通過(guò)混凝土后頻率的變化來(lái)判斷其質(zhì)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(nèi)部存在缺陷、裂縫或者疏松，就會(huì)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(nèi)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(gòu)成，其內(nèi)部存在各種不同的界面，超聲波在內(nèi)部傳播時(shí)，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(shí)衰減大，并且傳播時(shí)指向性較差；此外，由于會(huì)因界面反射和折射而曲折，使得在混凝土中存在缺陷時(shí)便不沿直線傳播；最后采用超聲波檢測(cè)混凝土?xí)r，探頭所接收的信號(hào)是一次聲波和二次聲波的疊加。

三、超聲波法檢測(cè)混凝土強(qiáng)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(huì)產(chǎn)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(qiáng)度發(fā)展規(guī)律是不一樣的，所以對(duì)于早齡期的混凝土檢測(cè)，應(yīng)將水泥品種作為一個(gè)考察因素，但對(duì)于較長(zhǎng)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(lái)說(shuō)石子的品種對(duì)超聲波檢測(cè)的影響并不顯著，在利用測(cè)強(qiáng)曲線的時(shí)候甚至可忽略這一因素。雖然碎石和卵石石質(zhì)相同，對(duì)聲速影響較小，但碎石表面粗糙，有利于水泥和骨料的粘結(jié)，因而強(qiáng)度會(huì)略高。在混凝土強(qiáng)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(xì)摻料。當(dāng)前的混凝土都傾向于高強(qiáng)、高性能，因而也開始廣泛地?fù)郊拥V物細(xì)料，如摻加硅灰會(huì)有效提高混凝土的強(qiáng)度，也會(huì)提高超聲波傳播的聲速，這是因?yàn)楣杌翌w粒細(xì)小，具有高度的分散性，填充在水泥之間后會(huì)提高整體的密實(shí)度，所以也會(huì)提高超聲聲速值。（4）砂率?；炷辽奥士刂频暮脡臅?huì)影響混凝土的密實(shí)度和粘聚性，從而對(duì)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(huì)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(huì)更快，對(duì)于水灰比大的混凝土水分蒸發(fā)多，孔隙多，也會(huì)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(qiáng)度的增加會(huì)引起聲速值的增加，并且后者的增長(zhǎng)速度要大于前者，隨著齡期增加，前者的增長(zhǎng)速度也會(huì)逐漸大于后者。（2）養(yǎng)護(hù)方法。通?；炷猎谒叙B(yǎng)護(hù)時(shí)比在空氣中養(yǎng)護(hù)時(shí)水化要更充分，相應(yīng)地減少了毛細(xì)孔孔隙率，故也會(huì)提高聲速。（3）溫度和含水率。當(dāng)溫度超過(guò)50℃時(shí)，聲速隨溫度的升高而降低；含水率越高時(shí)，水分會(huì)填滿孔隙，使得超聲波傳播速度也大。3、其他條件。（1）結(jié)構(gòu)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(cè)含有鋼筋的混凝土?xí)r，往往需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)檢測(cè)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(qiáng)度就不能用超聲波來(lái)檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)程中如果首波形狀發(fā)生改變，則表明混凝土內(nèi)部存在缺陷，便不得以超聲聲速換算混凝土強(qiáng)度。

結(jié)束語(yǔ)：了解混凝土結(jié)構(gòu)超聲檢測(cè)的基本原理和影響因素，有助于更好地再混凝土檢測(cè)中運(yùn)用這種技術(shù)，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度，從而對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效地評(píng)價(jià)，以及對(duì)受損構(gòu)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(xiàn)：

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摘 要 利用超聲波測(cè)量距離具有原理簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此超聲波測(cè)距裝置也具備了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作情況穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，被廣泛采用。本文通過(guò)對(duì)其工作原理的介紹和設(shè)計(jì)實(shí)例的分析，介紹了超聲波測(cè)距裝置的基本構(gòu)造和工作過(guò)程。

關(guān)鍵詞 基本原理 裝置特征 裝置設(shè)計(jì)

一、超聲波測(cè)距裝置的研究

1．裝置的應(yīng)用和基本原理

利用超聲波進(jìn)行距離測(cè)量的主要是發(fā)揮其受外界干擾較小的優(yōu)勢(shì)，而且傳感器的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本不高。在測(cè)量的過(guò)程中傳輸?shù)穆曨l不高，便于接收元件識(shí)別和計(jì)算。因此在機(jī)器人研制、車輛輔助系統(tǒng)、測(cè)量測(cè)繪等方面得到了廣泛的應(yīng)用。而且電子技術(shù)的發(fā)展讓新型的電氣元件和傳統(tǒng)的超聲波理論有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，拓展了該技術(shù)領(lǐng)域的空間。目前超聲波測(cè)距裝置主要利用的是陶瓷超聲波能量轉(zhuǎn)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(jìn)的單機(jī)芯片負(fù)責(zé)聲波的收發(fā)，從而計(jì)算發(fā)射和接收的微量時(shí)間差測(cè)算出目標(biāo)距離，這就是超聲波測(cè)距的原理。

2．超聲波測(cè)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(gè)發(fā)生系統(tǒng)來(lái)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(cè)量也就越準(zhǔn)確。但是在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，設(shè)備的應(yīng)用的工作電壓是不可能超過(guò)一個(gè)極限的，如果超負(fù)荷運(yùn)行就會(huì)對(duì)裝置造成不可修復(fù)的損傷。因此在實(shí)際的工作中發(fā)射模塊所產(chǎn)生的脈沖電壓是相對(duì)的高，而不能無(wú)限的放大?；谶@樣的條件限制，在發(fā)射部分的電脈沖信號(hào)發(fā)出后，由物體反射回的信號(hào)當(dāng)然也就受到一定的限制，其引起的壓電晶片產(chǎn)生的電壓當(dāng)然也就較低，而且在其中還會(huì)混入一些環(huán)境因素導(dǎo)致的雜波，讓裝置出現(xiàn)錯(cuò)誤。所以，在超聲波測(cè)距裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要著重研究系統(tǒng)對(duì)回收信號(hào)的處理，除了需要必要的放大外，也需要進(jìn)行過(guò)濾，要達(dá)到芯片能夠處理的強(qiáng)度。

二、超聲波測(cè)距裝置的設(shè)計(jì)

超聲波裝置的設(shè)計(jì)因?yàn)椴捎玫脑兴町?，其設(shè)計(jì)的思路也不盡相同，但是其工作的原理、裝置組成、工作過(guò)程是基本一致的，因此下面選擇一種設(shè)計(jì)方式進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。

1．裝置單機(jī)芯片功能選擇

一般的超聲波測(cè)距裝置主要的系統(tǒng)構(gòu)成為發(fā)射、接收放大、溫度測(cè)量、數(shù)據(jù)處理這四個(gè)模塊，以滿足其功能實(shí)現(xiàn)。本例中采用的是低電壓高性能的單機(jī)芯片，具備可編程存儲(chǔ)器。這一款單機(jī)芯片由Atmel公司出品，可以完全與工業(yè)用80C51產(chǎn)品進(jìn)行兼容，指令和腳本沒(méi)有沖突。芯片的可編程存儲(chǔ)器完全可以適應(yīng)各種裝置的設(shè)計(jì)需求，滿足應(yīng)用功能。

2．裝置的發(fā)射電路設(shè)計(jì)

在超聲波裝置的應(yīng)用過(guò)程中，理論認(rèn)為40kHz的超聲信號(hào)是理想頻率。因此在利用555電路的時(shí)候電路產(chǎn)生的40kHz的超聲波，其振蕩可以利用公式：f≈1.43÷（（R1+2×R2）×C1）進(jìn)行計(jì)算，其中R2采用的是可調(diào)節(jié)電阻，主要是為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換頻率的一致性。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中R1、R2、C1這三個(gè)參數(shù)的選取可以利用軟件進(jìn)行選取，最后進(jìn)行測(cè)試以保證準(zhǔn)確。而且為了能夠保證555的驅(qū)動(dòng)能力裝置采用了12伏電源進(jìn)行供電。工作中555電路產(chǎn)生的40kHz方波通過(guò)元件調(diào)整，讓超聲波換能器發(fā)出超聲波，而且在過(guò)程中利用單機(jī)芯片通過(guò)555的高低電平來(lái)實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)射控制。

3．回波接收的電路設(shè)計(jì)

裝置的設(shè)計(jì)關(guān)鍵就在于對(duì)回波的處理，因?yàn)榉瓷浠貋?lái)的聲波信號(hào)十分的微弱，因此必須經(jīng)過(guò)放大電路的放大，才能保證識(shí)別和計(jì)算。裝置接收到聲波信號(hào)后，先經(jīng)過(guò)電容的耦合，然后加載到預(yù)算放大器上進(jìn)行兩級(jí)放大，這里可以采用NE5532，這不僅是因?yàn)榛夭ǖ念l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(jià)格合理。在這里實(shí)現(xiàn)的兩級(jí)放大分別為100倍，得到的最終信號(hào)放大了10000倍。放大的信號(hào)采用電子元件進(jìn)行比較和調(diào)整，通過(guò)電阻對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)已選擇不同的比較電壓，達(dá)到對(duì)測(cè)量距離的調(diào)整。

4．裝置的溫度補(bǔ)償設(shè)計(jì)

超聲波在傳播的過(guò)程中可以對(duì)其產(chǎn)生影響的因素包括濕度、壓力、溫度，實(shí)踐證明溫度對(duì)其影響最大。因此在超聲波測(cè)距裝置的設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)加入必須的溫度補(bǔ)償模塊，以保證裝置的適應(yīng)性。在這里應(yīng)用的是根據(jù)超聲波的特性總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)公式：V=331.5+0.607T以此作為測(cè)距中波速的補(bǔ)償，V是實(shí)際速度，T為溫度。一般的裝置都會(huì)采用數(shù)字溫度傳感器來(lái)采集現(xiàn)場(chǎng)溫度，并對(duì)波速進(jìn)行補(bǔ)償。其中如：DS18B20的應(yīng)用，它是一總線器件，不需要其他調(diào)理電路，就能和單片機(jī)直接相連。工作過(guò)程是，通過(guò)DS18B20單片機(jī)可以實(shí)時(shí)采集溫度值，在進(jìn)行測(cè)量時(shí)將溫度補(bǔ)償給波速，保證單機(jī)芯片計(jì)算出該溫度下的超聲波速度。

三、結(jié)束語(yǔ)

目前超聲波測(cè)距裝置在電子技術(shù)的支持下，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了集成化的控制。設(shè)計(jì)中利用電機(jī)芯片作為控制核心，通過(guò)簡(jiǎn)單的編程保證各部元件的相互配合，已經(jīng)成為了設(shè)計(jì)的主要思路和方向。這能夠讓超聲波測(cè)距裝置更為簡(jiǎn)單小巧，應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)展。

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人耳能聽(tīng)到的聲音頻率為20Hz-20KHz,低于20Hz的聲波為次聲波,人耳是聽(tīng)不到的,高于20KHz的聲波為超聲波,人耳也是聽(tīng)不見(jiàn)的。超聲波之所以被廣泛用于醫(yī)療領(lǐng)域是因?yàn)樗性S多奇妙的特點(diǎn): 1.由于超聲波頻率高、波長(zhǎng)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(zhì)交接面時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射波,這些特點(diǎn)構(gòu)成了今天超聲儀器在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。

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(jìn)行掃描。根據(jù)監(jiān)測(cè)其回聲的延遲時(shí)間,強(qiáng)弱就可以判斷臟器的距離及性質(zhì)。經(jīng)過(guò)電子電路和計(jì)算機(jī)的處理, 形成了我們今天的B超圖像。B超的關(guān)鍵部件就是我們所說(shuō)的超聲探頭 (probe),其內(nèi)部有一組超聲換能器,是由一組具有壓電效應(yīng)的特殊晶體制成。這種壓電晶體具有特殊的性質(zhì),就是在晶體特定方向上加上電壓,晶體會(huì)發(fā)生形變,反過(guò)來(lái)當(dāng)晶體發(fā)生形變時(shí),對(duì)應(yīng)方向上就會(huì)產(chǎn)生電壓,實(shí)現(xiàn)了電信號(hào)與超聲波的轉(zhuǎn)換。

B超工作過(guò)程為: 當(dāng)探頭獲得激勵(lì)脈沖后發(fā)射超聲波, (同時(shí)探頭受聚焦延遲電路控制,實(shí)現(xiàn)聲波的聲學(xué)聚焦。) 然后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間延遲后再由探頭接受反射回的回聲信號(hào),探頭接收回來(lái)的回聲信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波,對(duì)數(shù)放大等信號(hào)處理。然后由DSC電路進(jìn)行數(shù)字變換形成數(shù)字信號(hào),在CPU控制下進(jìn)一步進(jìn)行圖像處理, 再同圖表形成電路和測(cè)量電路一起合成視頻信號(hào)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(chǔ)上加上以多普勒效應(yīng)原理為基礎(chǔ)的偽彩而形成的。那么何謂多普勒效應(yīng)呢,當(dāng)我們站在火車站臺(tái)上聽(tīng)有遠(yuǎn)處開來(lái)的火車笛叫聲會(huì)比遠(yuǎn)離我們的火車笛叫聲音調(diào)要高,也就是說(shuō)對(duì)于靜止的觀測(cè)者來(lái)說(shuō),向著觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)物體發(fā)出的聲波頻率會(huì)升高,相反頻率會(huì)降低,這就是著名的多普勒效應(yīng)?，F(xiàn)代醫(yī)用超聲就是利用了這一效應(yīng),當(dāng)超聲波碰到流向遠(yuǎn)離探頭液體時(shí)回聲頻率會(huì)降低,流向探頭的液體會(huì)使探頭接收的回聲信號(hào)頻率升高。利用計(jì)算機(jī)偽彩技術(shù)加以描述,使我們能判定超聲圖像中流動(dòng)液體的方向及流速的大小和性質(zhì),并將此疊加在二維黑白超聲圖像上,形成了我們今天見(jiàn)到的彩超圖像。

二、 適用對(duì)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(duì)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(jī)械扇掃、平面線陣、凸陣而不包括腔內(nèi)探頭和活檢穿刺探頭。

三、 操作要點(diǎn)

(一)聲輸出檢測(cè)

為確保臨床安全,與之密切相關(guān)的聲輸出參數(shù)即輸出聲強(qiáng),應(yīng)小于10mW/cm2檢定中應(yīng)注意兩個(gè)問(wèn)題,因?yàn)楹镣吖β视?jì)是一種靈敏、準(zhǔn)確度高的超聲微功率測(cè)量?jī)x器,水中的測(cè)量靶應(yīng)處于完全靜止?fàn)顟B(tài),確保周圍無(wú)任何干擾(如:有人員走動(dòng)或有氣流)盡量避免其震動(dòng)。對(duì)儀器探頭為凸陣、相控陣探頭,必須在現(xiàn)有功率計(jì)上加裝掩膜,測(cè)量1cm長(zhǎng)度內(nèi)的有界功率計(jì),以保證全部聲能都射在輻射力天平的靶位上面無(wú)遺漏。

(二)盲區(qū)檢測(cè)

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

(三)探測(cè)深度檢測(cè)

功率輸出最大,遠(yuǎn)場(chǎng)聚焦,高增益,高對(duì)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(duì)準(zhǔn)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(diào)滿時(shí)TGC失去作用)。

(四)軸向、側(cè)向分辨率的檢測(cè)

低增益,高對(duì)比度,將探頭耦合于所測(cè)靶群正上方聲窗表面,從體膜的最淺處開始分別聚焦所對(duì)應(yīng)的靶群,依次讀出所能分辨的最小軸向、側(cè)向靶線間隔,軸向分辨率取決于超聲波脈寬。側(cè)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(diǎn)位置、與增益及亮度條件關(guān)系極大,在操作中應(yīng)尤為注意。另外,在讀取側(cè)向靶線間隔時(shí),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(yán)重的操作錯(cuò)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(jìn)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(cè)

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關(guān)鍵詞：超聲波流量計(jì) 應(yīng)用 管理

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

1.超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理

超聲流量計(jì)是通過(guò)檢測(cè)流體流動(dòng)時(shí)對(duì)超聲束的作用，以測(cè)量體積流量的儀表。超聲波流量?jī)x的傳感器是將傳感器直接捆綁在被測(cè)管道的外表面，從而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的一種安裝方式，解決了其它原理的流量?jī)x在安裝時(shí)必須斷管、停產(chǎn)的難題，是超聲波流量?jī)x的基本安裝方式，具有與管徑無(wú)關(guān)、安裝簡(jiǎn)單、無(wú)需停產(chǎn)、無(wú)壓力損失等特點(diǎn)。超聲波流量計(jì)常用的測(cè)量方法為傳播速度差法，其基本原理都是測(cè)量超聲波脈沖順?biāo)骱湍嫠鲿r(shí)速度之差來(lái)反映流體的流速，從而測(cè)出流量。它利用聲波在流體中傳播時(shí)因流體流動(dòng)方向不同而傳播速度不同的特點(diǎn),測(cè)量它的順流傳播時(shí)間t1和逆流傳播時(shí)間t2的差值,從而計(jì)算流體流動(dòng)的速度和流量。設(shè)流體中聲速為c，流體流動(dòng)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(zhǎng)。從P1到P2順流發(fā)射時(shí)，聲波傳播時(shí)間t1為：t1=L/(c+vcos?茲)從P2到P1逆流發(fā)射時(shí)，聲波的傳播時(shí)間t2為：t2=L/(c+vcos?茲)

超聲波流量計(jì)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(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測(cè)流體中，吸收器吸收到的超聲波信號(hào)，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號(hào)供給顯示和積算儀表進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)管段式、超高精度的標(biāo)準(zhǔn)型?仔管段式。超聲波流量計(jì)的重要特點(diǎn)是：流體中不插入任何元件，對(duì)流速無(wú)影響，也沒(méi)有壓力喪失；能用于任何液體，特別是具有高黏度、強(qiáng)腐化，非導(dǎo)電性等性能的液體的流量測(cè)量。

2.超聲波流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

在相距為L(zhǎng)的兩處放置兩組超聲波產(chǎn)生器和吸收器（T1，R1）和（T2，R2）。當(dāng)T1順?lè)较颍琓2逆方向發(fā)射超聲波時(shí)，超聲波分辨達(dá)到吸收器R1和R2所需要的時(shí)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(shí)間差為t=t2-t1=2Lu/cc由此可知，當(dāng)聲波在流體中的流傳速度c已知時(shí)，只要測(cè)出時(shí)間差t即可求出流速u，進(jìn)而可求出流量Q。

3.超聲波流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)管理

3.1是傳播時(shí)間法只能用于清潔液體和氣體，不能測(cè)量懸浮顆粒和氣泡超過(guò)某一范圍的液體，外夾裝換能器不能用于襯里或結(jié)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(dòng)的場(chǎng)所，以防止測(cè)量點(diǎn)出現(xiàn)非滿管流。

3.2是流體運(yùn)行流速不能過(guò)低，過(guò)低的流速會(huì)使離散體分布不均勻。若測(cè)量管水平安裝，氣體會(huì)浮升在頂部流動(dòng)，顆粒會(huì)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(dòng)，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(nèi)，在測(cè)量液體時(shí)換能器聲波表面易受氣體或顆粒影響，測(cè)量液體時(shí)必須充滿液體，最高溫度為150℃，環(huán)境的相對(duì)濕度≤90RH。

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[關(guān)鍵詞]超聲波 傳感器 疾病診斷 測(cè)距系統(tǒng) 液位測(cè)量

一、超聲波傳感器概述

1.超聲波

聲波是物體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)的傳播形式。超聲波是指振動(dòng)頻率大于20000Hz以上的聲波,其每秒的振動(dòng)次數(shù)很高,超出了人耳聽(tīng)覺(jué)的上限,人們將這種聽(tīng)不見(jiàn)的聲波叫做超聲波。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)及縱向振蕩(縱波)。在工業(yè)中應(yīng)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(guò)程中有衰減。超聲波在媒質(zhì)中的反射、折射、衍射、散射等傳播規(guī)律,與可聽(tīng)聲波的規(guī)律并沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別。與可聽(tīng)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(lǐng)很差,它在均勻介質(zhì)中能夠定向直線傳播,超聲波的波長(zhǎng)越短,這一特性就越顯著。功率特性──當(dāng)聲音在空氣中傳播時(shí),推動(dòng)空氣中的微粒往復(fù)振動(dòng)而對(duì)微粒做功。在相同強(qiáng)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?dāng)超聲波在液體中傳播時(shí),由于液體微粒的劇烈振動(dòng),會(huì)在液體內(nèi)部產(chǎn)生小空洞。這些小空洞迅速脹大和閉合,會(huì)使液體微粒之間發(fā)生猛烈的撞擊作用,從而產(chǎn)生幾千到上萬(wàn)個(gè)大氣壓的壓強(qiáng)。微粒間這種劇烈的相互作用,會(huì)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(zhì)的溶解,加速化學(xué)反應(yīng)。這種由超聲波作用在液體中所引起的各種效應(yīng)稱為超聲波的空化作用。

超聲波的特點(diǎn):(1)超聲波在傳播時(shí),方向性強(qiáng),能量易于集中;(2)超聲波能在各種不同媒質(zhì)中傳播,且可傳播足夠遠(yuǎn)的距離;(3)超聲波與傳聲媒質(zhì)的相互作用適中,易于攜帶有關(guān)傳聲媒質(zhì)狀態(tài)的信息(診斷或?qū)髀暶劫|(zhì)產(chǎn)生效應(yīng))。

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(cè)手段,必須產(chǎn)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(xí)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(gòu)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(zhuǎn)變成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波,同時(shí)它接收到超聲波時(shí),也能轉(zhuǎn)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(dòng)能量轉(zhuǎn)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(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),將其變換成電能量,作為傳感器接收器的輸出,從而對(duì)發(fā)送的超進(jìn)行檢測(cè)?？刂撇糠种饕獙?duì)發(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調(diào)制和計(jì)數(shù)及探測(cè)距離等進(jìn)行控制。

二、超聲波傳感器的應(yīng)用

1.超聲波距離傳感器技術(shù)的應(yīng)用

超聲波傳感器包括三個(gè)部分:超聲換能器、處理單元和輸出級(jí)。首先處理單元對(duì)超聲換能器加以電壓激勵(lì),其受激后以脈沖形式發(fā)出超聲波,接著超聲換能器轉(zhuǎn)入接受狀態(tài),處理單元對(duì)接收到的超聲波脈沖進(jìn)行分析,判斷收到的信號(hào)是不是所發(fā)出的超聲波的回聲。如果是,就測(cè)量超聲波的行程時(shí)間,根據(jù)測(cè)量的時(shí)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(duì)準(zhǔn)被測(cè)物變化方向發(fā)射超聲波,就可測(cè)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(gè)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(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化,即在發(fā)射超聲波的時(shí)候,將電能轉(zhuǎn)換,發(fā)射超聲波;而在收到回波的時(shí)候,則將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

2.超聲波傳感器在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

超聲波在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用主要是診斷疾病,它已經(jīng)成為了臨床醫(yī)學(xué)中不可缺少的診斷方法。超聲波診斷的優(yōu)點(diǎn)是:對(duì)受檢者無(wú)痛苦、無(wú)損害、方法簡(jiǎn)便、顯像清晰、診斷的準(zhǔn)確率高等。

3.超聲波傳感器在測(cè)量液位的應(yīng)用

超聲波測(cè)量液位的基本原理是:由超聲探頭發(fā)出的超聲脈沖信號(hào),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(hào)后計(jì)算其超聲波往返的傳播時(shí)間,即可換算出距離或液位高度。超聲波測(cè)量方法有很多其它方法不可比擬的優(yōu)點(diǎn):(1)無(wú)任何機(jī)械傳動(dòng)部件,也不接觸被測(cè)液體,屬于非接觸式測(cè)量,不怕電磁干擾,不怕酸堿等強(qiáng)腐蝕性液體等,因此性能穩(wěn)定、可靠性高、壽命長(zhǎng);(2)其響應(yīng)時(shí)間短可以方便的實(shí)現(xiàn)無(wú)滯后的實(shí)時(shí)測(cè)量。

4.超聲波傳感器在測(cè)距系統(tǒng)中的應(yīng)用

超聲測(cè)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(cè)量電壓即可測(cè)得距離;②測(cè)量輸出脈沖的寬度,即發(fā)射超聲波與接收超聲波的時(shí)間間隔 t,故被測(cè)距離為 S=1/2vt。如果測(cè)距精度要求很高,則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。超聲波測(cè)距適用于高精度的中長(zhǎng)距離測(cè)量。

三、小結(jié)

文章主要從超聲波與可聽(tīng)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(diǎn),并由此總結(jié)了超聲波傳感器在生產(chǎn)生活各個(gè)方面的廣泛應(yīng)用。但是,超聲波傳感器也存在自身的不足,比如反射問(wèn)題,噪聲問(wèn)題的等等。因此對(duì)超聲波傳感器的更深一步的研究與學(xué)習(xí),仍具有很大的價(jià)值。

參考文獻(xiàn):

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

[3]童敏明,唐守鋒.檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù).中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社.

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關(guān)鍵詞：鋼管混凝土 檢測(cè)方法 澆筑質(zhì)量

所謂“鋼管混凝土”是指在鋼管中填充混凝土而形成的構(gòu)件。其工作的基本原理是利用鋼管對(duì)混凝土的約束作用使混凝土處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，從而使混凝土的強(qiáng)度得以提高，塑性和韌性性能大為改善。同時(shí)，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(shí)際施工過(guò)程中是向鋼管內(nèi)灌注混凝土，無(wú)法保證鋼管內(nèi)部完全均勻充實(shí)而無(wú)缺陷。所以鋼管混凝土的施工屬于隱蔽工程，看不見(jiàn)摸不著。對(duì)管內(nèi)混凝土是否存在蜂窩、麻面、夾渣、結(jié)合不良等缺陷完全不知，且這些缺陷在實(shí)際工程中是不可避免的。因此采取科學(xué)有效的方法，對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)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(shí)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(shí)，容易產(chǎn)生蜂窩離析現(xiàn)象。蜂窩大都出現(xiàn)在鋼管內(nèi)部混凝土難以澆筑密實(shí)的部位。主要是由于混凝土配合比不當(dāng)，攪拌不均勻，施工方法不當(dāng)?shù)仍蛟斐伞?/p>

（2）孔洞。施工中選料不細(xì)致，混凝土中出現(xiàn)大的礫石，在無(wú)振搗的情況下，大礫石附近容易出現(xiàn)孔洞；有時(shí)鋼管壁內(nèi)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(jié)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(shè)計(jì)不當(dāng)，如配置的混凝土膨脹率較低，不足以彌補(bǔ)混凝土的自收縮和泵送施工過(guò)程中形成的氣模；或拌制的混凝土離析、黏聚性不好，結(jié)構(gòu)頂面浮漿較多，造成沉降收縮。②管壁內(nèi)除銹未盡，或黏結(jié)處滲入一些空氣，使管壁與混凝土接觸處形成不良膠結(jié)。③溫度變形，鋼管和混凝土的熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)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(yīng)力，超過(guò)一定的軸向壓力荷載時(shí)，鋼管與混凝土即發(fā)生脫空現(xiàn)象。

二、一般檢測(cè)方法

目前非金屬超聲波探測(cè)技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)非破損檢測(cè)中應(yīng)用十分廣泛（超聲回彈法），它對(duì)確定混凝土強(qiáng)度等級(jí)及檢測(cè)內(nèi)部缺陷與勻質(zhì)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(gòu)件，不同介質(zhì)的組合增加了檢測(cè)難度。因此對(duì)鋼管混凝土內(nèi)部混凝土質(zhì)量的檢測(cè)一直沒(méi)有一個(gè)適當(dāng)、可靠和簡(jiǎn)便的方法。國(guó)內(nèi)外檢測(cè)技術(shù)中應(yīng)用較為廣泛的鋼管混凝土內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)方法主要有人工敲擊法，超聲波檢測(cè)法，射線檢測(cè)法等。

2.1人工敲擊法

敲擊法是最常用的檢驗(yàn)鋼管混凝土澆筑質(zhì)量的檢測(cè)方法，這種檢查方法由檢查者聆聽(tīng)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(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)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(jī)性較強(qiáng)，因此建議作為輔檢測(cè)手段使用。

2.2超聲波檢測(cè)法

超聲波法又稱超聲法，其檢測(cè)的基本原理是根據(jù)超聲波在傳播過(guò)程中遇到由各種介質(zhì)缺陷形成的界面時(shí)會(huì)改變傳播方向和路徑，其能量會(huì)在缺陷處引發(fā)衰減，造成到達(dá)接收換能器時(shí)的聲時(shí)、振幅、頻率變化。對(duì)這些變化進(jìn)行分析，就可檢測(cè)鋼管混凝土的質(zhì)量。

當(dāng)用超聲波檢測(cè)儀對(duì)鋼管混凝土進(jìn)行進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，超聲波的測(cè)試頻率一般是在40～100 Hz之間。當(dāng)超聲波通過(guò)鋼管混凝土?xí)r，鋼管與混凝土和空隙對(duì)其速度、振幅、波形等會(huì)產(chǎn)生不同的影響，這就會(huì)在顯示儀器上表現(xiàn)出來(lái)，對(duì)比無(wú)缺陷的鋼管混凝土各種標(biāo)定，通過(guò)分析就可確定管內(nèi)混凝土的狀況和質(zhì)量。在鋼管混凝土質(zhì)量檢測(cè)的實(shí)際工程中常用的超聲波法有首波聲時(shí)法、波形識(shí)別法和首波頻率法。

2.3鉆芯取樣法

用混凝土鉆芯機(jī)，直接從所需檢測(cè)的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上鉆取混凝土芯樣，判定核心混凝土的內(nèi)部缺陷及鉆芯處的鋼管壁和混凝土的黏結(jié)情況。該方法具有檢測(cè)結(jié)果直觀、可靠的優(yōu)點(diǎn)。然而，由于取芯工作費(fèi)用較高，而且會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)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(cè)系統(tǒng)，射線檢測(cè)法等。但運(yùn)用這些方法在檢測(cè)時(shí)仍存在有許多問(wèn)題，所以仍需對(duì)現(xiàn)有的檢測(cè)方法進(jìn)行改進(jìn)或提出新的方法。

三、新型檢測(cè)方法探討

近年來(lái)，隨著對(duì)工程質(zhì)量、安全的日益重視，以及無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)鋼管混凝土無(wú)損檢測(cè)技術(shù)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(nèi)混凝土的檢測(cè)方法。

3.1沖擊反射法

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關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；導(dǎo)盲杖；超聲波

中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

1、引言

人生活過(guò)程中95%的信息是通過(guò)視覺(jué)獲得的。盲人生活在黑暗的世界中，給工作、生活、社交活動(dòng)帶來(lái)了莫大的困難。如何安全行走,是盲人生活中最大的問(wèn)題。傳統(tǒng)的手杖使用起來(lái)有諸多不便，導(dǎo)盲犬的訓(xùn)練周期過(guò)長(zhǎng)且價(jià)格較貴，不利于普及。隨著電子技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，人們對(duì)電子產(chǎn)品的需求轉(zhuǎn)移到為人類的生活服務(wù)上來(lái)。依據(jù)超聲波測(cè)距原理，可以制作導(dǎo)盲杖幫助盲人行走。通過(guò)單片機(jī)對(duì)超聲波測(cè)距的控制進(jìn)行聲音播報(bào)，來(lái)提醒盲人當(dāng)前狀況，也使得這完全優(yōu)于導(dǎo)盲犬。

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)由單片機(jī)、超聲波發(fā)射接收電路、液晶顯示電路及語(yǔ)音模塊等組成，控制核心為單片機(jī)。單片機(jī)在接收到傳感器的信息后，將傳感器的測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為距離信息，再通過(guò)語(yǔ)音進(jìn)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(dǎo)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(jī)械波稱為次聲波；在20Hz～20KHz之間的機(jī)械波，能為人耳所聞，稱為聲波；高于20KHz的機(jī)械波稱為超聲波，其中頻率大于100M的機(jī)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(chǎn)生和接收超聲波的器件，它既能夠把其他形式的能轉(zhuǎn)化為所需頻率的超聲能又能夠把超聲能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。

（3）超聲檢測(cè)的原理和方法

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

圖2 超聲波測(cè)距原理圖

工作原理：當(dāng)40KHz的電壓脈沖信號(hào)由導(dǎo)線輸入傳感器后，由壓電陶瓷晶片將此電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)，這種機(jī)械振動(dòng)通過(guò)空氣向外發(fā)送出去，發(fā)送出的超聲信號(hào)向空中各方向沿直線傳播，遇到障礙物反射回來(lái)。傳感器在接收到反射回來(lái)的回波信號(hào)后再次將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)的波動(dòng)。此時(shí)得到的電壓脈沖信號(hào)非常的微弱，經(jīng)過(guò)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(hào)產(chǎn)生、超聲傳感器功率驅(qū)動(dòng)。超聲波的發(fā)射頻率主要是由STC11單片機(jī)產(chǎn)生的。功率驅(qū)動(dòng)電路功能是用MAX232對(duì)超聲波換能器進(jìn)行功率驅(qū)動(dòng)，推動(dòng)超聲波換能器產(chǎn)生超聲波。

超聲波會(huì)隨著傳播距離的增加而衰減，經(jīng)過(guò)目標(biāo)反射回來(lái)的超聲波的回波信號(hào)弱，在距離較遠(yuǎn)的情況下只達(dá)毫伏級(jí)，甚至微伏。因此為了加大超聲波測(cè)距系統(tǒng)的量程范圍，需加以驅(qū)動(dòng)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(hào)放大并進(jìn)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(bào)警電路

報(bào)警電路分為兩個(gè)部分，一是語(yǔ)音報(bào)警，二是LED提示路人。語(yǔ)音報(bào)警主要是提醒盲人注意當(dāng)前路面與前面障礙物，而LED小燈主要是用來(lái)警示路人。

（1）語(yǔ)音報(bào)警電路

由于時(shí)間倉(cāng)促，所以語(yǔ)音報(bào)警電路采用的是語(yǔ)音模塊，該模塊雖沒(méi)有實(shí)時(shí)性，但是使用起來(lái)比較方便。語(yǔ)音模塊實(shí)物圖如圖3所示：

圖3 語(yǔ)音報(bào)警模塊實(shí)物圖

（2）LED警示電路

LED小燈主要有兩個(gè)不同顏色的LED發(fā)光二極管組成，一個(gè)綠色，一個(gè)紅色。當(dāng)導(dǎo)盲系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，綠色的LED發(fā)光二極管就一直亮著；當(dāng)此時(shí)導(dǎo)盲系統(tǒng)檢測(cè)到了前方有障礙物時(shí)，這時(shí)就會(huì)切換到紅色的LED發(fā)光二極管點(diǎn)亮，若前方是行人，則進(jìn)行對(duì)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(guò)單片機(jī)對(duì)超聲波的障礙物的測(cè)量進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，再將測(cè)量的距離進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，從而判斷導(dǎo)盲系統(tǒng)各個(gè)功能是否實(shí)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(cè)試結(jié)果及分析

前方超聲波模塊（模塊1）設(shè)定的障礙物范圍為200cm，下方超聲波模塊（模塊2）設(shè)定的對(duì)地距離為35cm，分別對(duì)前方超聲波模塊和下方模塊進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示：

表1 模塊1、2測(cè)試結(jié)果

經(jīng)過(guò)測(cè)試后，得出的測(cè)量值與實(shí)際值存在著偏差，經(jīng)詳細(xì)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(guò)提高計(jì)時(shí)電路的計(jì)時(shí)頻率、超聲波換能器的固有頻率等方法提高測(cè)量精度。

參考文獻(xiàn)

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

[2]謝維成,楊加國(guó). 單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)(第2版). 北京:清華大學(xué)出版社,2009

篇8

[關(guān)鍵詞]軸類，超聲波，探傷，檢測(cè)，車軸

中圖分類號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1009-914X（2015）35-0051-01

一、前言

超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛的一種探傷方法，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于礦山冶金、石油化工、機(jī)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(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量提出了高標(biāo)準(zhǔn)要求，尤其是軸類等核心的關(guān)鍵零部件的質(zhì)量問(wèn)題往往會(huì)造成重大的事故及巨大的經(jīng)濟(jì)損失和創(chuàng)傷，這也加強(qiáng)了人們對(duì)無(wú)損檢測(cè)診斷技術(shù)的迫切需求和認(rèn)可，各行各業(yè)已經(jīng)意識(shí)到了無(wú)損檢測(cè)診斷技術(shù)的重要意義。而且無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展完善成為一門專門的獨(dú)立的綜合性學(xué)科，培育出一大批超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)人員和工程師，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

二、超聲波的基本特性及超聲檢測(cè)基本原理

物理學(xué)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(zhì)中傳播的彈性機(jī)械波。這一特性決定了超聲波在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域中的運(yùn)用。而超聲波檢測(cè)技術(shù)則是無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中的一種非常重要的理論和方法，這正是由超聲波獨(dú)特的特性所決定的，這些特性包括：良好的方向性，強(qiáng)大的穿透能力，以及能量高等特性；而且，遇有界面時(shí)，超聲波將發(fā)生反射、折射和波型的轉(zhuǎn)換。研究人員巧妙地利用超聲波的這些物理特征，通過(guò)研究分析和精心設(shè)計(jì)，大幅度提高了超聲檢測(cè)技術(shù)的靈活性，提高了超聲波檢測(cè)的精確度，推動(dòng)了超聲波檢測(cè)技術(shù)的迅速發(fā)展。超聲波對(duì)人體無(wú)害，而且其具有適應(yīng)性強(qiáng)、檢測(cè)靈敏度高、設(shè)備輕巧、使用靈活、檢驗(yàn)速度快、能及時(shí)得到探傷結(jié)果等優(yōu)點(diǎn)，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?qū)\(yùn)行中的設(shè)備設(shè)施和裝置進(jìn)行檢測(cè)和診斷。

研究超聲波檢測(cè)技術(shù)的基本原理之前，我們先簡(jiǎn)要概述一下超聲波的基本性質(zhì)：超聲波頻率范圍位于20000HZ以上，其本質(zhì)是機(jī)械波，其傳播需要彈性介質(zhì)。通常用于探傷檢測(cè)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(xì)化分析，縱波一般用于探測(cè)鋼板、錠材、大型鍛件等形狀比較簡(jiǎn)單的產(chǎn)品，而橫波則常用來(lái)檢測(cè)焊縫、管材等形狀比較復(fù)雜的制品等。

綜上所述，超聲波探傷技術(shù)就是利用超聲波在被探測(cè)物體中傳播所反饋的一些物理特性和現(xiàn)象，來(lái)發(fā)現(xiàn)物體內(nèi)部存在缺陷或不連續(xù)性的一種方法。其基本過(guò)程是：首先，通過(guò)激勵(lì)超聲發(fā)射換能器產(chǎn)生超聲波，隨后超聲波進(jìn)入工件內(nèi)部進(jìn)行傳輸，然后再通過(guò)超聲接收換能器將工件中經(jīng)過(guò)被檢測(cè)材料自身或缺陷所反射、折射、衍射、散射的入射波轉(zhuǎn)換成接收信號(hào)信息，緊接著再對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行分析，判斷出缺陷類型或材料特性信息。超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)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(lì)方式可分為脈沖波、連續(xù)波和調(diào)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(wú)損檢測(cè)技術(shù)在軸類零部件中的應(yīng)用

軸類零部件是設(shè)備運(yùn)行的關(guān)鍵核心部位，其缺陷往往會(huì)引起事故，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。軸類零件中最典型的是車軸，而車軸屬于鍛造產(chǎn)品，其無(wú)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(zhǎng)度方向可能產(chǎn)生缺陷的幾個(gè)部位視其設(shè)計(jì)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(chǎn)生各種虛假的回波，因此會(huì)使軸的超聲波檢測(cè)程序趨于復(fù)雜化。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析，車軸類零部件在超聲波檢測(cè)中所存在的問(wèn)題往往與一些加工有臺(tái)階或過(guò)渡圓弧的軸類相類似，同時(shí)又與通過(guò)熱壓配合組裝的齒輪、軸承、車輪的長(zhǎng)軸等產(chǎn)品具有共同之處，這都為我們研究軸類零部件的超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)提供了大量的數(shù)據(jù)。車軸鍛造后經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，在軸長(zhǎng)方向兩邊對(duì)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(jīng)過(guò)高頻淬火這一工藝，因有壓縮的殘余應(yīng)力存在，所以在產(chǎn)生小裂紋時(shí)，也不允許產(chǎn)生擴(kuò)展。通過(guò)試驗(yàn)，業(yè)內(nèi)有人證實(shí)過(guò)：軸類零部件的人工缺陷在3mm以內(nèi)時(shí)，若進(jìn)行疲勞試驗(yàn)則不會(huì)出現(xiàn)缺陷的擴(kuò)展。由于車軸在運(yùn)行中受到往復(fù)彎曲應(yīng)力的作用，在壓合部位內(nèi)側(cè)和外側(cè)環(huán)狀帶極容易產(chǎn)生出一定角度的疲勞裂紋，因此這是超聲波檢測(cè)時(shí)必須檢測(cè)的重點(diǎn)內(nèi)容。由于此時(shí)最容易產(chǎn)生疲勞裂紋的部位是車軸和車輪壓裝部位兩端的兩個(gè)環(huán)狀帶區(qū)域，據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(nèi)沿5～30mm的兩條環(huán)狀帶中，這些疲勞裂紋的平面多與軸側(cè)面的法線呈10～25°的夾角，有規(guī)律的由外側(cè)向內(nèi)和由內(nèi)側(cè)向外傾斜，這是由疲勞裂紋總是首先向體應(yīng)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(shí)的干擾回波，需要注意區(qū)分開，主要包括由車軸的復(fù)雜形狀所形成的固有波、車輪等壓裝部位所產(chǎn)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(guān)于實(shí)芯軸的超聲波探傷裝置的研究分析

實(shí)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(cè)輪軸壓合部位的外側(cè)和內(nèi)側(cè)檢測(cè)，或者用斜探頭在軸承座上檢測(cè)壓合部位外側(cè)檢測(cè)；（3）第三種方式則是二者的組合使用。無(wú)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(jìn)行的，探傷時(shí)需要將軸或者將探頭旋轉(zhuǎn)進(jìn)行360°的探傷。端部垂直探傷除了檢測(cè)產(chǎn)生于表面的疲勞缺陷和產(chǎn)生于芯部的各種缺陷外，還負(fù)責(zé)車軸的透聲性檢查，這種透聲檢查能夠通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)試塊的底波比較檢測(cè)車軸的熱處理狀態(tài)、晶粒度、機(jī)械性能強(qiáng)度等，所以我國(guó)對(duì)車軸的透聲檢查都有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。

軸類零件在進(jìn)行局部探傷時(shí)，其缺陷容易產(chǎn)生在壓裝部位，世界較為先進(jìn)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(cè)靈敏度，再進(jìn)行實(shí)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(yuǎn)，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(cè)不到的地方等問(wèn)題。這種方法局部探測(cè)車軸時(shí)，多采用與車軸配合好的聚束斜探頭，用其折射聲束瞄準(zhǔn)壓合部位被探區(qū)，以車軸旋轉(zhuǎn)探頭的固定方式進(jìn)行探傷。一般場(chǎng)合可以使用2～5MHz的探測(cè)頻率，探測(cè)時(shí)對(duì)探頭或車軸的轉(zhuǎn)動(dòng)每次以5～10°的節(jié)距為最佳標(biāo)準(zhǔn)，逐次獲取數(shù)據(jù)，對(duì)探傷波形以3次元表示，以便于進(jìn)行FFT分析。

五、結(jié)束語(yǔ)

隨著現(xiàn)代工業(yè)與科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和革新，超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的裝備運(yùn)行、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)、產(chǎn)能提升以及降本增效等各個(gè)環(huán)節(jié)都發(fā)揮著巨大的作用和影響。美國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，明確將無(wú)損檢測(cè)診斷技術(shù)列為其技術(shù)革新的重要課題，不惜花費(fèi)巨大投資來(lái)大力推動(dòng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的科技創(chuàng)新與推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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篇9

[關(guān)鍵詞]超聲波技術(shù) 中藥提取 原理 成分 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(fèi)的時(shí)間比較長(zhǎng)，而且效率不高。超聲波技術(shù)是科技不斷發(fā)展的產(chǎn)物，其操作比較簡(jiǎn)單，而且應(yīng)用的范圍比較廣，將其應(yīng)用在中藥提取中，可以提高工作的效率。超聲波技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，而且會(huì)出現(xiàn)空化效應(yīng)，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(shí)間，還降低了高溫對(duì)提取準(zhǔn)確性的影響。

一、超聲波應(yīng)用在中藥提取過(guò)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(zhì)進(jìn)入振動(dòng)的狀態(tài)，而且加速了溶質(zhì)的擴(kuò)散。超聲波在傳播質(zhì)點(diǎn)的過(guò)程中，質(zhì)點(diǎn)會(huì)吸收大量的能量，而且會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，質(zhì)點(diǎn)的溫度不斷升高，這也是超聲波熱學(xué)機(jī)制。利用超聲波技術(shù)，會(huì)產(chǎn)生空化現(xiàn)象，即超聲波使質(zhì)點(diǎn)分裂，并形成空穴，空穴在閉合的過(guò)程中，產(chǎn)生了大量的壓力。

在超聲場(chǎng)中，中藥提取物的介質(zhì)中含有大量的溶解氣體，而且還有少量的雜質(zhì)，其在中藥提取物的周圍，為超聲波技術(shù)的應(yīng)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(xì)胞壁破裂，這一過(guò)程在瞬間即可完成。超聲波擊碎生物細(xì)胞壁屬于物理過(guò)程，由于浸提中不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，所以，被浸提的生物活性細(xì)胞在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生變化，即生物活性不變。超聲波技術(shù)提取的效率比較高，其擊碎細(xì)胞壁的時(shí)間很短，所以，在中藥提取中具有積極推廣的價(jià)值。超聲波技術(shù)也具有較強(qiáng)的凝聚力，通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(huì)使顆粒沉淀。在利用超聲波技術(shù)對(duì)蘆丁分子進(jìn)行提取時(shí)發(fā)現(xiàn)，在超聲波的影響下，蘆丁分子經(jīng)過(guò)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(shù)提取效果的因素很多，其中超聲波強(qiáng)度以及頻率的影響比較大，另外，被破碎物的結(jié)構(gòu)也與提取效果有較大關(guān)系。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在水中，超聲波輻射面的強(qiáng)度大于3000W/m？時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生空化反應(yīng)，而且氣泡在瞬間就會(huì)閉合，所以產(chǎn)生的壓力也比較大，有時(shí)會(huì)形成較大的沖擊波，這會(huì)加劇生物體細(xì)胞壁的破裂程度。通過(guò)分析被破碎物在一定介質(zhì)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(zhì)時(shí)，由于氣泡尺寸不統(tǒng)一，所以，相關(guān)人員通過(guò)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(shù)在中藥提取過(guò)程中的應(yīng)用

1、植物有效成分的提取

植物是中藥的構(gòu)成之一，在提取植物的有效成分時(shí)，比較耗費(fèi)時(shí)間，而且具有較大的難度，所以，工作效率不高，將超聲波技術(shù)應(yīng)用在植物有效成分提取中，收到了顯著的效果。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利用超聲波技術(shù)，可以縮短提取的時(shí)間，而且提取樣品的質(zhì)量比較高。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，用傳統(tǒng)方法對(duì)植物有效成分進(jìn)行提取時(shí)，浸漬花費(fèi)的時(shí)間是8h，而用超聲波技術(shù)進(jìn)行提取，指花費(fèi)了15min，這極大的縮短了提取的時(shí)間，而且簡(jiǎn)化了提取的操作流程，可以為實(shí)驗(yàn)人員節(jié)省大量精力與財(cái)力。

應(yīng)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(dá)95.52%，而煎煮3h，總提取率僅為63.27%；超聲提取20min，提取率可達(dá)99.82%；用紙層析及HPLC對(duì)兩種方法提取產(chǎn)物進(jìn)行分析，表明超聲處理對(duì)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)無(wú)影響。某研究人員在研究從黃連根莖中提取黃連素時(shí)，分別對(duì)超聲波處理時(shí)間、超聲波頻率及硫酸濃度等進(jìn)行了考察。結(jié)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(duì)提取產(chǎn)物進(jìn)行研究，說(shuō)明超波對(duì)黃連素結(jié)構(gòu)無(wú)影響。工作人員選用SBC一300超聲波中藥處理機(jī)，對(duì)紅藥貼膏等三種膏劑進(jìn)行超聲處理，與藥典法相比，超聲法明顯省時(shí)、省溶劑，操作簡(jiǎn)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(shí)間一般為48h，耗時(shí)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(zhì)必須得到完整的藻膽體。在采用化學(xué)及機(jī)械破碎方法均不能從龍須藻中獲得理想的藻膽體時(shí)，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(duì)鹽藻進(jìn)行破碎，通過(guò)顯微鏡觀察計(jì)數(shù)得到鹽藻的完全破碎可達(dá)87%，使B一胡蘿卜素能夠快速、高效的進(jìn)入水溶液等提取介質(zhì)，同時(shí)可避免因采用化學(xué)粉碎方法造成的被提取物結(jié)構(gòu)性質(zhì)變化而失去活性等。

3、超聲波技術(shù)在中藥其他中藥提取中的應(yīng)用

研究表明，超聲波作用可激活某些酶與細(xì)胞參與的生理生化過(guò)程，從而提高酶的活性，加速細(xì)胞新陳代謝過(guò)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(yīng)過(guò)程無(wú)物料損失和副反應(yīng)。把超聲技術(shù)應(yīng)用在中藥有效成分的提取上，是近年來(lái)才被逐漸發(fā)現(xiàn)與重視的，超聲提取法目前雖已進(jìn)行了一些研究，但僅在實(shí)驗(yàn)室的很小規(guī)模上，針對(duì)某些單個(gè)具體提取對(duì)象進(jìn)行簡(jiǎn)單的工藝條件實(shí)驗(yàn)。由于超聲波這種強(qiáng)化提取法需增加產(chǎn)生超聲波的動(dòng)力消耗實(shí)際生產(chǎn)使用是否經(jīng)濟(jì)有待進(jìn)行放大實(shí)驗(yàn)研究。因此，在超聲波用于植物天然成分提取時(shí)，應(yīng)對(duì)其作用機(jī)制進(jìn)行深入研究，以便建立一套較為通用的模式，為不同提取對(duì)象操作條件提供依據(jù)。同時(shí)還應(yīng)注重有關(guān)工程問(wèn)題研究，解決超聲提取工程放大問(wèn)題。

三、結(jié)語(yǔ)

超聲波技術(shù)在應(yīng)用在中藥提取過(guò)程中后，收到了較好的效果，其與傳統(tǒng)提取技術(shù)相比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，而且可以節(jié)省提取的時(shí)間與精力，可以提高中藥生產(chǎn)的效率，有助于優(yōu)化中藥生產(chǎn)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(chǎn)行業(yè)中積極推廣。超聲波技術(shù)目前只在實(shí)驗(yàn)室這種規(guī)模較小的環(huán)境中應(yīng)用比較多，其對(duì)工藝條件有著一定要求，所以，在應(yīng)用的過(guò)程中，還需要對(duì)超聲波技術(shù)不斷的改進(jìn)，這樣才能擴(kuò)大其應(yīng)用的范圍。

參考文獻(xiàn)

[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(xué)刊.2008（06）.

篇10

【關(guān)鍵詞】 橋梁;灌注樁;完整性檢測(cè);超聲波透射法

一、前言

樁基礎(chǔ)作為基礎(chǔ)構(gòu)件，主要承受上部荷載并將其傳遞至下端土體中，其質(zhì)量?jī)?yōu)劣嚴(yán)重影響主體結(jié)構(gòu)的使用和安全，加之樁基礎(chǔ)屬于隱蔽工程，其成樁質(zhì)量受地質(zhì)條件、成樁工藝、機(jī)械設(shè)備等因素的影響，故加強(qiáng)樁基礎(chǔ)質(zhì)量檢測(cè)十分必要。

樁基礎(chǔ)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)，反映樁身材料的密實(shí)性、連續(xù)性等性質(zhì)及樁基樁身截面的尺寸相對(duì)變化。樁身完整性好的樁基都有較好的樁基承載力，因而對(duì)樁基完整性的檢測(cè)結(jié)果能直接反映樁基的等級(jí)。中國(guó)現(xiàn)行規(guī)范中常用的樁基檢測(cè)方法包括高低應(yīng)變法、靜載試驗(yàn)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(cè)為例，對(duì)超聲波透射法進(jìn)行探討。

二、超聲波法的檢測(cè)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(zhì)方面的不同，回波法也受到了影響，混凝土的非勻質(zhì)性導(dǎo)致了回波法不能夠在樁基檢測(cè)中得以應(yīng)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(nèi)部進(jìn)行裝入管道，由此形成了檢測(cè)的通道，便于探頭等設(shè)備的安裝，應(yīng)注意的是，探頭等設(shè)備需要裝在聲測(cè)管中。在儀器的使用過(guò)程中，會(huì)接收到周期性的電流脈沖，在經(jīng)過(guò)一系列的轉(zhuǎn)換后，會(huì)形成叫做超聲脈沖的一種物質(zhì)，這種物質(zhì)能夠穿透需要進(jìn)行檢測(cè)的樁基，然后經(jīng)過(guò)換能器再進(jìn)行吸收，最終轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的形式。從設(shè)備的顯示屏中可以看到詳細(xì)的時(shí)間、波幅等參數(shù)，這些參數(shù)可以宏觀地描述檢測(cè)中的設(shè)備的缺陷所在之處以及缺陷的形成原因，加快了檢測(cè)的速度以及工程的進(jìn)度。

2、檢測(cè)方法

主要有：平測(cè)法，斜測(cè)法以及扇形掃測(cè)法，這些方法時(shí)根據(jù)發(fā)射與接收設(shè)備的高度和轉(zhuǎn)換程度進(jìn)行整合的。應(yīng)用較為廣泛的是平測(cè)法與斜測(cè)法。在測(cè)試過(guò)程中，應(yīng)保持測(cè)試的高程不變，并對(duì)測(cè)試物體的每一個(gè)我們能夠接觸到的面進(jìn)行獨(dú)立檢測(cè)，同時(shí)應(yīng)注意的是，對(duì)于不同高程的換能器，其差別越大則測(cè)試結(jié)果就越準(zhǔn)確，可以精確地測(cè)定缺陷的具置，但高程增加對(duì)所接收的信號(hào)強(qiáng)度也有所影響，增加了高程，接收信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)減弱，導(dǎo)致在測(cè)試缺陷具置的時(shí)候不能掌握最精準(zhǔn)的位置，影響了最終的位置判斷。操作人員應(yīng)注意的是，在進(jìn)行有關(guān)測(cè)試之前，應(yīng)調(diào)整相關(guān)儀器的零件位置以確保能夠探測(cè)到最精準(zhǔn)的缺陷所在之處。

三、超聲波透射法檢測(cè)原理、方法、判定

1、超聲波透射法檢測(cè)原理

混凝土是一種集結(jié)型的復(fù)合材料，其內(nèi)部存在著廣泛分布的復(fù)雜界面。當(dāng)混凝土的組成材料、工藝條件、內(nèi)部質(zhì)量及測(cè)試距離一定時(shí)，其聲波傳播速度、首波幅度和接收信號(hào)主頻等聲學(xué)參數(shù)一般符合統(tǒng)計(jì)正態(tài)分布。如果某部分混凝土存在空洞、不密實(shí)或裂縫等缺陷，便破壞了混凝土的整體性，與無(wú)缺陷混凝土相比，聲時(shí)值會(huì)偏大，波幅和頻率值會(huì)降低。

超聲波透射法檢測(cè)適用于灌注成型過(guò)程中已經(jīng)預(yù)埋聲測(cè)管的混凝土灌注樁完整性檢測(cè)。在基樁施工前，依樁徑大?。ㄐ〉扔?.5m埋設(shè)3根，大于1.5m埋設(shè)4根）預(yù)埋一定數(shù)量的聲測(cè)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(chǎng)檢剛前準(zhǔn)備工作

采用標(biāo)定法確定儀器系統(tǒng)延遲時(shí)間。

計(jì)算聲測(cè)管及藕合水層聲時(shí)修正值。

在樁頂測(cè)量相應(yīng)聲測(cè)管外壁間凈距離。

將各聲測(cè)管內(nèi)注滿清水，檢查聲測(cè)管暢通情況;換能器應(yīng)能在全程范圍內(nèi)升降順暢。

（2）現(xiàn)場(chǎng)檢剛步驟

將發(fā)射與接收聲波換能器通過(guò)深度標(biāo)志分別置于兩根聲測(cè)管中測(cè)點(diǎn)處。

發(fā)射與接收聲波換能器應(yīng)以相同標(biāo)高或保持固定高差同步升降，測(cè)點(diǎn)間距不宜大于250mm，注意保持兩換能器相對(duì)累計(jì)高差小于20mm

實(shí)時(shí)顯示和記錄接收信號(hào)的時(shí)程曲線，讀取聲時(shí)、首波峰值和周期值，宜同時(shí)顯示頻譜曲線及主頻值。

將多跟聲測(cè)管以兩根為一個(gè)檢測(cè)剖面進(jìn)行全組合，分別對(duì)所有檢測(cè)剖面完成檢測(cè)。

在樁身質(zhì)量可疑的測(cè)點(diǎn)周圍，應(yīng)采用加密測(cè)點(diǎn)，或采用斜測(cè)、扇形掃測(cè)進(jìn)行復(fù)測(cè)，進(jìn)一步確定樁身缺陷的位置和范圍。

在同一根樁的各檢測(cè)剖面的檢測(cè)過(guò)程中，聲波發(fā)射電壓和儀器設(shè)置參數(shù)應(yīng)保持不變。

2、檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理與判定

檢測(cè)按《公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程》（JTG/TF81-O1-2004）中有關(guān)超聲波法規(guī)定進(jìn)行：

（1）聲時(shí)、聲速和聲速平均值應(yīng)按照公式計(jì)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(yīng)根據(jù)下列方法綜合判定

聲速判據(jù)：當(dāng)實(shí)測(cè)混凝土聲速值低于聲速臨界值時(shí)應(yīng)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(dāng)實(shí)測(cè)波幅低于波幅臨界值時(shí)，應(yīng)將其作為可疑缺陷區(qū)。

3、基樁類型的分類與判定

對(duì)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(yīng)按《公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)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(cè)剖面每個(gè)測(cè)點(diǎn)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(cè)剖面?zhèn)€別測(cè)點(diǎn)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(cè)剖面連續(xù)多個(gè)測(cè)點(diǎn)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(duì)樁身結(jié)構(gòu)承載力有影響。

IV類樁：某一聲測(cè)剖面連續(xù)多個(gè)測(cè)點(diǎn)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(yán)重畸變。樁身有嚴(yán)重缺陷，對(duì)樁身結(jié)構(gòu)承載力有嚴(yán)重影響。

四、檢測(cè)實(shí)例分析

以某大橋樁基檢測(cè)工程為例，該大橋采用（15×25）m預(yù)應(yīng)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(zhì)情況良好。樁基砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C25，樁徑均為1500mm，樁身埋設(shè)3根聲測(cè)管，呈等邊三角形分布。其中12-1號(hào)樁基設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為13.60m，檢測(cè)樁長(zhǎng)為13.60m，每個(gè)測(cè)面每隔500mm進(jìn)行逐點(diǎn)檢測(cè)，聲測(cè)管編號(hào)以正北方向順時(shí)針開始第一根管為1，1-2、1-3、2-3三個(gè)關(guān)距分別為1100、900、1080mm。該樁超聲波透射法檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表格。

從表格可看出：12-1號(hào)樁檢測(cè)剖面聲速與波幅數(shù)值均勻、無(wú)突變，無(wú)異常點(diǎn)出現(xiàn)，各處

均大于臨界值。3個(gè)剖面的測(cè)點(diǎn)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(diǎn)的PSD判據(jù)無(wú)急劇增大現(xiàn)象。實(shí)測(cè)波形首波陡峭，后續(xù)波波幅大，接收波的包絡(luò)線呈半圓形，波形無(wú)畸變;主頻頻漂不大、漂移量穩(wěn)定。由此結(jié)合規(guī)范判斷該樁不存在大的缺陷，無(wú)斷樁的可能性，樁身完整性等級(jí)為Ⅰ類。

五、相關(guān)檢測(cè)方法注意事項(xiàng)

應(yīng)注意的是，相關(guān)測(cè)試方法具有復(fù)雜性，所以不能夠完全按照理論事實(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)，注意到以下幾個(gè)事項(xiàng)后，在實(shí)驗(yàn)中會(huì)減少不必要的誤差

1、地下含水量

在對(duì)樁身進(jìn)行澆筑水泥的這一過(guò)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(yùn)用超聲波檢測(cè)法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，不能夠避免水位的影響，會(huì)將滲入水后的探測(cè)值也包括在最終的結(jié)果中，大大影響了缺陷的檢測(cè)結(jié)果。

2、樁基齡期

這一因素對(duì)于超聲波檢測(cè)的影響也是不容忽視的，可能會(huì)對(duì)信號(hào)以及波形造成影響。規(guī)定齡期在14天，最低應(yīng)滿足于7d周期。齡期應(yīng)滿足于標(biāo)準(zhǔn)，若不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)導(dǎo)致在接收信號(hào)這一過(guò)程中，產(chǎn)生失誤，信號(hào)微弱接收不到準(zhǔn)確的信息，以及波形的畫面有缺損。

3、聲測(cè)管安裝

在安裝過(guò)程中，應(yīng)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(huì)導(dǎo)致檢測(cè)時(shí)的聲時(shí)值、均方差、離散系數(shù)、平均聲速結(jié)果形成較大的誤差，影響最終的測(cè)量值。在使用泥漿進(jìn)行澆灌建筑物時(shí)，由于建筑物體積大，不能保證每一個(gè)澆筑物被澆筑的外層結(jié)構(gòu)厚度一致，所以探測(cè)到的波幅會(huì)不一致，澆筑物外層結(jié)構(gòu)較厚的則探測(cè)結(jié)果會(huì)影響全部測(cè)量值。

六、結(jié)束語(yǔ)

超聲波透射法檢測(cè)作為灌注樁施工質(zhì)量檢測(cè)重要方法，可以準(zhǔn)確的查明鉆孔灌注樁的工程施工質(zhì)量問(wèn)題區(qū)域，尤其是對(duì)于大樁徑以及超長(zhǎng)鉆孔灌注樁，能夠細(xì)致準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)鉆孔灌注樁施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)