超聲波檢測技術(shù)的應(yīng)用概述

1、現(xiàn)代工程測試技術(shù)論文超聲波技術(shù)應(yīng)用綜述+ （+）摘 要簡述超聲波的產(chǎn)生方式，特點和主要參數(shù)，其特點決定在實際生活中的諸多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，著重分析了超聲波傳感器的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀，對超聲波技術(shù)發(fā)展做出展望。關(guān)鍵詞：超聲波，檢測技術(shù)，傳感器Abstract The article sketch the main parameters, features and the production of ultrasonic. Its features determine the wide application in our lives. We analyzed the application of the

2、 ultrasonic sensor and the research status and prospect the development of ultrasonic technology.Key words: Ultrasonic; Measurement Technique; Sensor超聲波是一種頻率高于20000 HYPERLINK /view/19996.htm t _blank 赫茲的聲波，它的方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的 HYPERLINK /view/813391.htm t _blank 聲能，可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)

3、、農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。1超聲波的產(chǎn)生和主要參數(shù)聲波是物體 HYPERLINK /subview/60653/13496140.htm t _blank 機械振動狀態(tài)（或能量）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)（頻率）甚高，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。超聲和 HYPERLINK /view/1053882.htm t _blank 可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點都是一種機械振動模式，通常以 HYPERLINK /view/274476.htm t _blank 縱波的方式在 HYPERLINK /view/778.h

4、tm t _blank 彈性介質(zhì)內(nèi)傳播，是一種能量的傳播形式。1.1超聲波特點 超聲波有如下特點：(1)方向性強，能量易于集中。(2)能在各種不同媒質(zhì)中傳播，且可傳播較遠距離。(3)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)生效用及治療。(4)反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象明顯。1.2超聲波的兩個主要參數(shù)頻率：F20KHz（在實際應(yīng)用中因為效果相似，通常把F15KHz的聲波也稱為超聲波）。 HYPERLINK /view/2203547.htm t _blank 功率密度：p=發(fā)射功率(W)/發(fā)射面積(cm2)，通常p0.3w/cm2。1.3超聲效應(yīng)當(dāng)超聲波在介質(zhì)中

5、傳播時，由于超聲波與介質(zhì)的相互作用，使介質(zhì)發(fā)生物理的和化學(xué)變化，從而產(chǎn)生一系列力學(xué)的、熱學(xué)的、電磁學(xué)的和化學(xué)的超聲效應(yīng)，包括以下4種效應(yīng)：(1)機械效應(yīng)。超聲波的機械作用可促成液體的乳化、凝膠的液化和固體的分散。當(dāng)超聲波在流體介質(zhì)中形成駐波時，懸浮在流體中的微小顆粒因受機械力的作用而凝聚在波節(jié)處，在空間形成周期性的堆積。超聲波在 HYPERLINK /view/52480.htm t _blank 壓電材料和 HYPERLINK /view/132321.htm t _blank 磁致伸縮材料中傳播時，由于超聲波的機械作用而引起的感生電極化和感生磁化。(2)空化作用。超聲波作用于液體時可產(chǎn)生大

6、量小氣泡。一個原因是液體內(nèi)局部出現(xiàn)拉應(yīng)力而形成負(fù)壓，壓強的降低使原來溶于液體的氣體過飽和，而從液體逸出，成為小氣泡。另一原因是強大的拉應(yīng)力把液體“撕開”形成空洞，稱為空化。(3) HYPERLINK /view/81181.htm t _blank 熱效應(yīng)。由于超聲波頻率高，能量大，被介質(zhì)吸收時能產(chǎn)生顯著的熱效應(yīng)。(4)化學(xué)效應(yīng)。超聲波的作用可促使發(fā)生或加速某些化學(xué)反應(yīng)。2超聲波的應(yīng)用超聲效應(yīng)已廣泛用于實際，主要有如下幾方面:2.1超聲檢測超聲波的波長比一般聲波要短，具有較好的方向性，而且能透過不透明物質(zhì)，這一特性已被廣泛用于 HYPERLINK /view/331222.htm t _bla

7、nk 超聲波探傷、測厚、測距、遙控和 HYPERLINK /view/1898517.htm t _blank 超聲成像技術(shù)。超聲成像是利用超聲波呈現(xiàn)不透明物內(nèi)部形象的技術(shù)。把從換能器發(fā)出的超聲波經(jīng) HYPERLINK /view/930930.htm t _blank 聲透鏡聚焦在不透明試樣上，從試樣透出的超聲波攜帶了被照部位的信息，經(jīng)聲透鏡匯聚在壓電接收器上，所得電信號輸入 HYPERLINK /view/907765.htm t _blank 放大器，利用掃描系統(tǒng)可把不透明試樣的形象顯示在熒光屏上。上述裝置稱為超聲顯微鏡。超聲成像技術(shù)已在醫(yī)療檢查方面獲得普遍應(yīng)用，在 HYPERLINK

8、/view/78025.htm t _blank 微電子器件制造業(yè)中用來對 HYPERLINK /view/412393.htm t _blank 大規(guī)模集成電路進行檢查，在 HYPERLINK /view/22775.htm t _blank 材料科學(xué)中用來顯示合金中不同組分的區(qū)域和晶粒間界等。2.2超聲處理利用超聲的機械作用、空化作用、熱效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)，可進行超聲焊接、鉆孔、固體的粉碎、乳化、脫氣、除塵、去鍋垢、清洗、滅菌、促進化學(xué)反應(yīng)和進行生物學(xué)研究等，在工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等各個部門獲得了廣泛應(yīng)用。2.3超聲波清洗超聲波清洗原理是由 HYPERLINK /view/1632971.htm

9、 t _blank 超聲波發(fā)生器發(fā)出的高頻振蕩信號，通過 HYPERLINK /view/1138661.htm t _blank 換能器轉(zhuǎn)換成高頻機械振蕩而傳播到介質(zhì)，清洗溶劑中超聲波在清洗液中疏密相間的向前輻射，使液體流動而產(chǎn)生數(shù)以萬計的微小氣泡，存在于液體中的微小氣泡在聲場的作用下振動，當(dāng)聲壓達到一定值時，氣泡迅速增長，然后突然閉合，在氣泡閉合時產(chǎn)生沖擊波，在其周圍產(chǎn)生上千個大氣壓力，破壞不溶性污物而使它們分散于清洗液中，當(dāng)團體 HYPERLINK /view/150389.htm t _blank 粒子被油污裹著而粘附在清洗件表面時，油被乳化，固體粒子即脫離，從而達到清洗件表面凈化的目

10、的。2.4超聲波加濕理論研究表明，在 HYPERLINK /view/29246.htm t _blank 振幅相同的條件下，一個物體振動的能量與振動頻率成正比，超聲波在介質(zhì)中傳播時， HYPERLINK /view/298837.htm t _blank 介質(zhì)質(zhì)點振動的頻率很高，因而能量很大.在中國北方干燥的冬季，如果把超聲波通入水罐中，劇烈的振動會使罐中的水破碎成許多小霧滴，再用小風(fēng)扇把霧滴吹入室內(nèi)，就可以增加室內(nèi)空氣濕度。2.5超聲波除螨科研人員發(fā)現(xiàn)，螨蟲的聽覺神經(jīng)系統(tǒng)很脆弱，對特定頻率的超聲非常敏感，針對螨蟲的這種生理特性，已有科技公司的研究人員開發(fā)出了超聲波除螨儀。這種新型的除螨產(chǎn)品

11、采用現(xiàn)代微電子技術(shù)手段，直接用特殊頻率的超聲作用于螨蟲的聽覺神經(jīng)系統(tǒng)，使其生理系統(tǒng)紊亂，煩躁不安，食欲不振，最終奄奄一息逐漸死亡。采用這種原理的除螨產(chǎn)品不用添加任何化學(xué)藥劑，無毒無 HYPERLINK /view/27792.htm t _blank 二次污染，對人體和家中寵物都沒有傷害，是比較理想的除螨產(chǎn)品。2.6醫(yī)學(xué)超聲波檢查醫(yī)學(xué) HYPERLINK /view/201343.htm t _blank 超聲波檢查的工作原理與聲納有一定的相似性，即將超聲波發(fā)射到人體內(nèi)，當(dāng)它在體內(nèi)遇到界面時會發(fā)生反射及折射，并且在人體組織中可能被吸收而衰減。因為人體各種組織的形態(tài)與結(jié)構(gòu)是不相同的，因此其反射與

12、折射以及吸收超聲波的程度也就不同，醫(yī)生通過儀器反映出的波型、曲線，或影象的特征來辨別。3超聲波傳感器的應(yīng)用超聲波定位技術(shù)是蝙蝠等一些無目視能力的生物作為防御天敵及捕獲獵物的生存手段，這些生物體可發(fā)射人們聽不到的超聲波(20kHz以上的機械波)，借助空氣介質(zhì)傳播，根據(jù)獵物或障礙物反射回波的時間間隔及強弱，判斷獵物的性質(zhì)或障礙物的位置。人們根據(jù)仿生學(xué)原理，開發(fā)出了超聲波測距和無損探傷等一系列實用的超聲波傳感器。超聲波傳感器是一種可逆換能器，利用晶體的壓電效應(yīng)和電致伸縮效應(yīng)，將機械能與電能相互轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對各種參量的測量。3.1超聲波測距超聲波測距的基本原理是超聲波發(fā)射傳感器發(fā)出聲波，聲波遇到被測物體

13、返回至超聲波接收傳感器，根據(jù)聲波的傳輸時間，即可計算出被測距離。超聲波測距原理簡單、數(shù)據(jù)處理速度快、安裝維護方便和成本低等優(yōu)點，在液位測量、機器人避障及精確測距定位等得到廣泛的應(yīng)用。3.2超聲波自動焊縫跟蹤由于超聲波傳感器具有不受弧光和強電磁干擾、對檢測物體表面起伏變化敏感、性價比高、可穿透煙塵等優(yōu)點，近年來在焊縫跟蹤中得到了一定的應(yīng)用。3.3超聲波流量測量超聲波流量檢測的基本原理，是基于超聲波在流體中傳播的速度等于流體的流速與超聲波速度的矢量和。其具體實現(xiàn)方法有傳播速度差法(包括差頻法、時差法和相位差)、波束偏移法、多普勒法、相關(guān)法、空間濾波法以及噪聲法等。3.4超聲波液體濃度檢測超聲波液體

14、濃度檢測原理是基于超聲波在液體中傳播速度與液體濃度和溫度之間存在著函數(shù)關(guān)系。根據(jù)聲學(xué)原理，液體中超聲波傳播的速度是液體彈性模量和密度的函數(shù)，超聲波的速度隨液體彈性模量或密度而變，同時也是溶液質(zhì)量濃度和溫度的函數(shù)。因此只要在不同溫度下測得超聲波的傳導(dǎo)速度，即可求出液體的質(zhì)量濃度。3.5超聲波零件無損探傷超聲波探傷既可以檢測材料表面的缺陷，又可以檢測內(nèi)部幾米深的缺陷，比射線探傷靈敏度高、周期短，對人體無害等優(yōu)點。其缺點是要求工件表面平滑，有經(jīng)驗的檢測人員才能判別出缺陷的類型，對缺陷沒有直觀性。因此超聲波探傷適合于厚度較大的零件檢測。4.超聲波傳感器的發(fā)展趨勢超聲波傳感器作為典型的非接觸檢測技術(shù)，具

15、有體積小、成本低，不受電磁、光線、煙霧等干擾的優(yōu)點，具有廣闊的發(fā)展前景。綜合分析了超聲波傳感器在測距等方面的應(yīng)用現(xiàn)狀、存在的問題及解決方法，對超聲波傳感器的發(fā)展趨勢做以下幾點展望：(1)集成化、高精度，未來的超聲波傳感器將內(nèi)置溫度補償電路，當(dāng)外界環(huán)境溫度變化時，由溫度補償電路自動進行校對，提高測量的精度。(2)提高抗干擾性，新型的超聲波傳感器感應(yīng)頭應(yīng)具有更強的自我保護能力，可以抵御物質(zhì)損害，適應(yīng)比較臟亂的環(huán)境。使得超聲波傳感器能適應(yīng)惡劣環(huán)境測量。(3)智能化、數(shù)字化，新型超聲波傳感器應(yīng)易于調(diào)整、適應(yīng)不同的測量距離，輸出的信號有多種類型，使得應(yīng)用更加靈活。(4)多種傳感器融合技術(shù)，隨著工業(yè)現(xiàn)場對

16、傳感器的檢測精度和可靠性要求越來越高，多種傳感器(如激光測距、紅外線等)與超聲波傳感器冗余結(jié)合使用，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，提高傳感器的總體性能，也將成為超聲波傳感器的一個發(fā)展趨勢。5.結(jié)語論文概述了超聲波的產(chǎn)生，特點和主要參數(shù)，分析超聲波效應(yīng)在工業(yè)，農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用，尤其在檢測技術(shù)方面，超聲波傳感器舉足輕重的作用，最后對超聲波的發(fā)展趨勢作出展望。參考文獻1李敏哲，趙繼印，李建坡基于超聲波傳感器的無線液位測量系統(tǒng)J儀表技術(shù)與傳感器，2005(11)：3532丁立軍，華亮。陳峰基于超聲波傳感器與紅外傳感器的移動機器人感測系統(tǒng)研制J南通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2008(6)：13173張展曙，葉建雄超

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