超声波范文

超声波范文（精选8篇）

超声波 第1篇

教学目标

1、使学生知道什么是

2、使学生能用所学知识解释生活中的.

教学建议

因多普勒效应和此声波、超声波两节的内容少，建议用一个课时.

本节重点是掌握声波的概念和形成声波的条件.学习中要了解声波能够发生反射、衍射、干涉等现象.声波反射时能听到回声，利用回声可以测速或测距.声波发生共振时称为共鸣现象.

声波能离开空气在真空中传播吗?为什么?

解答：不能.因为声波是机械波，必须有介质，声波才能传播.空气、水、玻璃等都可以作为传播声波的介质.如果发声体的周围没有传声介质，声波无法向外传播，人们就不会听到声音，所以声音不能在真空中传播.

让学生了解声波有次声波、声波、超声波，它们是按频率划分的.了解它的利用和危害.

请教师阅读下列表：

超声波 第2篇

超声进入医学临床的半个多世纪中，初始在治疗研究中缓慢起步，随后在诊断探索中迅猛发展。40年代以前，欧洲许多科学家埋首于实验室，一些论著的主题多局限于实验研究，直至1949年第一届国际超声医学学术会议上，才有接触实践的临床治疗经验交流。随后陆续召开的几次国际超声医学学术会议上，交流的论文达到一定的深度与广度，初步奠定了超声治疗基础，推动了超声治疗学的发展。国内在这一领域起步较晚，直至50年代初期，始有少数医院开展超声治疗，公开报道的文献初见于1957年。40年来，已积累了一定数量的自己的第一手资料和比较丰富的具有中国特色的临床经验。90年代以来，国内相继召开了三次全国超声治疗学术会议，论文内容较为广泛，学术水准逐届提高。今秋即将召开第四届超声治疗学术会议，预期将会进一步推动超声治疗在国内更广泛深入地开展。

目前应用于临床治疗的除一般超声疗法外，已较为广泛开展的尚有超声药物透入疗法、超声雾化吸入疗法、超声穴位疗法（声针疗法），以及与其他理疗协同应用的超声-电疗法等等。近年来，超声治疗在某些方面取得了突破性进展，其中除现已广泛实践中日益发挥重要作用，目前已成功地用于抑制癌瘤生长和外科、妇科的各种手术治疗；眼科治疗青光眼已形成一套成熟技术和取得一系列成功经验，使聚焦超声均可起到有效破坏作用，被认为是继手术、化疗、放疗之后的第四种治癌方法。

超声不仅能改善心肌收缩、消除心律率乱，且能减少缺氧征象，从而使恢复过程的障碍得以排解。国外近期文献介绍心脏超声进展、新用途有：①超声瓣膜成形术；②超声血管成形和血栓溶解术；③超声起搏和除颤；④超声控释药物以及心脏旁路和声学过滤等。

上述若干重要新进展在有关章节中将逐项予以扼要叙述。

超 声 疗 法

大于20kHz、正常人不能感知的机械振动波为超声。应用从低至数10kHz至高达数MHz的超声，通过各种方式作用于人体以治疗疾病的方法，统称为超声疗法。

超声波的基本特性

频率在2kHz以上的声波称之为超声波，由于频率f升高，波长λ变短使得超声波比普通声波具有特殊性，即近似于光的某些特征。如束射性，由一种媒质进人另一种媒质发生折射、反射等。同时有很强的被吸收性与衰减性，带有很强的能量。本节简要介绍超声波的几个主要特征。

【超声波的束射性】

人耳可感受的声音是无指向性的球面波，即以声源为中心呈球面向四周扩散周围均能听到声音。由于超声波频率很高，所以方向性就相对要强，方向性即柬射性。当超声波发生体压电晶体的直径尺寸远大于超声波波长时，则晶体所产生的超声波就类似于光的特性，如图1一1一1所示。

紧靠晶体辐射板的一段叫近场区，接近于圆柱状；离晶本辐射较远的部分，超声波以一定的角度扩散，叫远场区。若压晶体圆片的直径为D,超声波在该介中的波长为λ，则近区的长度为：

D2－λ2D2

N= ————≈——（D》λ）

4λ4λ

由上式看出，压电晶体片直径愈大或频率越高，即波长λ愈短，则近场区的长度愈长，此超声波场的束射性就愈好。

声学工作者用光衍射法，对医用超声波换能器的声场显示做了深入、生动的研究。

就是这个研究成果的一组照片，它对我们深入而又形象地理解超声波的束射性，超声波的聚焦性，都有很大的帮助。图1-2是这种是这种光衍射法的实验光路图。图中的He——Ne激光器的波长为6328A（埃），O为一组组合透镜，它将光束镜发出的扩散光束变为平行光束。最后在相屏上得到的是一个超声波声束的倒立的实相。图1-3图1-6的一组照片，就是从这个相屏上拍摄而成的。整个实验均在暗室中进行。图1-5所示的这张未聚焦的单片换能器的全景超声波束照片，是我们超声波治疗机所发出的超声波声束的生动、形象的显示，是值得我们深入研究和理解的。

理解了超声波的束射性，对超声波治疗有重要的意义。由于超声波具有很强的束射性，在超声波治疗时，要注意使用声头辐面垂直，对准治疗部位。以由于超声波声头辐射出的超声波场中心处最强，愈向外侧愈弱，所以，在超声波治疗操作时，一般都要以一定的速度，在治疗部位做小圆周或其它形式的移动，以使治疗部位得到的超声波剂量基本均匀，从而保证治疗效果的良好。

【超声波的透射、反射、折射与聚集】

由于超声波的频率较高，所以超声波在定向传播时，在两种不同媒质的分界面上，会出现类似于光线一样的透射、反射和折射现象。

光线的透射、反射与折射现象是常见的。例如，我们在一个黑暗的环境里将一束光线投身到一个盛满水的透明玻璃烧杯里，我们将十分清楚地看到光线在水面上产生的透射、反射与折射现象。我们采用图1一2所示的光衍射法，也可以清楚地看到超声波声束的反射、透射与折射现象。见图1一7。

光的聚集现象是常见的。如果我们手边在一个放大镜，在强烈的阳光下，太阳光经过放大镜的聚集到一点，就会将这一点上的纸或者香烟等物点燃。许多人都亲身做过这个实验。

超声波的聚集现象和光线的聚集现象是一样的。利用超声波聚集装置可以将超声波束会聚到一点，从而将超声波的声强提高几倍甚至几千倍，利用这样巨大的声强可以做许多很有意义的工作。例如:超声波切割、超声波钻孔、超声波打磨等。

【超声波的吸收与衰减】

声波在各种媒质中传播时，由于媒质要吸收掉它的一部分能量，所以，随着传播路程的增加，声波的强度会逐渐减弱。

在一个广场上，一个民族弦乐正在为广大群众作街头演出，许多人闻讯前去观看和欣赏那动听的音乐。当你从远处走近这个乐队时，首先听到的是那音调低沉的鼓声，随着你慢慢走近乐队，你就逐渐听到了锁呐声、笛声、二胡声等;当你最后走到乐队周围时，你才听到了那音调很高的清脆的铃声。

这个例子，很生动地说明了各种不同频率的声波，在空气中传播时被吸收的程度是不同的。频率越高的声波，空气对它的吸收越强，所以它传播的距离较短。例如上述乐队中音调很高的铃声;因其频率很高，空气对它的吸收作用很强，所以传不远。反之，对频率越低的声波，空气对它的吸收较少，因此，它传播的距离较长。上述乐队中音调低沉的大鼓声音传得很远，正是由于它的频率很低的缘故。

声波在媒质中传播时，被吸收而衰减的另一个特点是对于同一个声波，当它在围体、液体或气体，以及各种不同物质中传播时，它被吸收的程度也是不同的。对于一个频率固定的声波，在气体中传播时，它被吸收的最厉害;在液体中传播时，它吸收的较少；而在固体中传播时，则被吸收的最少。所以，声波在空气中传播的最短，在水中则可传播的远一些，而在金属中则能传播得很远。

以上关于声波吸收的两个特性，无论对可听声，或是对超声波，都是适用的。对于超声波来讲，由于它的频率很高，所发，它在空气中传播时，被吸特别厉害。据科学家们的实验，频率为100亿Hz的超声波，在它离开声源的一刹那间，马上会被空气全部吸收掉。在超声波治疗的临床应用中，对于超声波的吸收特性，必须予以足够的重视。这一点，在下面的有关章节中，将要详细谈到。

【超声波的巨大能量】

超声波之所以在工业、国防和医疗等方面发挥着独特而又巨大的作用，还有一个原因是由于超声波比一般可听声有着强大的功率。根据声学工作者的实验测定，一般的讲话声音的能量是很小的。假设我们想用普通说话的能量来烧开一壶水，那么，必须动员700多万人，连续大声喊叫12个小时才行。超声波具有的能量，要比一般可听声大的多。根据有关声学实验测定，频率为100万赫兹的超声波的能量，要比同幅度的频率为1000赫兹的可听声能量大100万倍。所以说，拥有巨大的能量，是超声波的一个重要特点。超声波的许多应用，也都是利用它的这一特点进行工作的。为什么超声波拥有这么强大的功率呢？这是由于声波到达某一物质中时，由于声波的振动作用，使物质中的分子随便之一起振动，两者振动的频率是一致的。物质分子振动的频率，决定了该物质分子振动的速度，频率越高，速度越大。我们知道，一个运动物体所具有的动能E与其质量M和运动速度有下列关系:

E=Mv2

即，运动物体的动能与其质量成正比，与其速度的平方也成正比。

由于超声波的频率很高，它使所进入的物质分子运动速度，也随之变的很高。根据上式可知，这样高的运动速度，使该物质分子具有很大的动能，这就是超声波拥有巨大能量的缘故。

【超声波的声压特性】

所谓“声压”指的是由于声波的振动而使声场中的物体受到附加压力的强度，单位为公斤/

平方厘米，一般可听声的声压非常微小，其数值约为0.000001公斤/平方厘米~0.000002公斤/平方厘米。这公微小的声压，一般是不引起人们的注意的。但是，超声波的声压，一般是很大的。例如，在水中通过一般强度的超声波时，因超声波而产生的附加压力，可以达到好几个大气压。超声波之所以能够产生这样强的声压，可以达到好几个大气压，其根本原

因仍然是由于超声波的频率很高，所以振动时，使高密度分子间的伸拉很快以致使其间形成瞬时的真空与压缩高密度区，产生巨大的压力差。当它的振幅达到一定程度时，超声波拥有的能量十分巨大。

当超声波束通过液体时，由于巨大的超声波声压作用，可以在液体中出现“空化现象”。这种现象所产生的瞬时压力，可以高达几千个，甚至上万个大气压!这么巨大的瞬时压力，使超声波的应用，在许多方面显示出它独特的巨大作用。现在已被普遍应用的超声波清洗，超声波乳化等，都是超声波空化现象的具体运用。

超声波的空化现象是怎样产生的呢?让我们通过观察一个声学实验，来了解空化现象产生的奥妙。

如图1一8所示，在一个盛满水的玻璃容器中，放大一个超声波发生器的声头。

超声波探伤分析 第3篇

根据《压力容器安全技术监察规程》规定:压力容器的对接接头进行全部或局部探伤, 采用射线和超声波两种探伤方法进行时, 其质量要求, 按各自标准均合格时, 方可认为探伤合格。在检验工作中, 我们知道射线探伤时, 对焊缝材料中的气孔, 灰渣等体积型缺陷检测灵敏度较高, 这主要是射线穿透工件时, 对有无缺陷部位的衰减程度不同, 在底片上反缺它的黑白差异很明显。但超声波探伤对这类缺陷检测灵敏度就较低, 所以常发生这类缺陷用射线探伤评为不合格的, 而超声波探伤则可能评为合格。相反, 射线探伤对裂纹, 未熔合这类线性 (或面状) 缺陷, 检测灵敏度就较低, 这主要是因为这类缺陷的几何尺寸很小 (指裂纹宽度方向) 。而另一方面, 射线束与裂纹面往往呈一定角度, 因而射线对这类缺陷存在很大的漏检性, 而这种缺陷是对焊缝及设备危害最大, 并且是不容许存在的。然而超声波探伤对裂纹未熔合这种缺陷, 其检测灵敏度就较高。所以, 当这类缺陷采用射线检测合格, 其超声波探伤结果就可能被判为不合格, 这便体现了超声波捡测在锅炉压力容器检验中的重要性。

另外, 超声波探伤还具有成本低, 在检验中劳动强度小, 目前超声波仪器向智能化、系统自动化、自动扫描、超声成像等方向的发展, 可逐步对缺陷进行定性, 定位, 定尺寸, 定缺陷走向。

2 超声波探伤仪的使用

笔者在使用数字式超声波探伤仪后, 对如何正确设置有关技术参数、调试和使用国产PXUT一280型数字式超声波探伤仪, 积累了一些经验体会和工作实例。现叙述如下:

2.1 如何正确调试仪器

数字式超声波探伤仪, 在锅炉、压力容器、压力管道的焊缝探伤应用较多, 因此这里主要谈谈横波探伤时的仪器调试方法。以国产探伤仪PXUT一280为例, 方法如下:

按使用说明书要求测定探头K值、前沿长度 (入射点) 。在CSK-IA试块的半圆处初定位 (水平定位和深度定位均可) , 在CSK-IIIA试块上做DAC曲线。

如果发现在做DAC曲线时水平定位或深度定位的仪器读数与实测数值绝对误差在lmm以上, 必须对仪器定位进行修正:在"参数"菜单里逐步改变前沿长度、探伤频率、K值等参数.使其最终满足定位绝对误差在lmm以内, 这对探伤时的正确判断 (定性) 和测量缺陷尺寸都是至关重要的。此时的调试应在CSK-IIIA试块上进行。必须注意一般模拟电路超声波探伤仪习惯用反射波的缺口作为该反射波的定位位置 (这样定位较准确) , 而数字式超声波探伤仪的自动定位位置是以该反射波波峰顶点作为定位位置的。

2.2 如何正确使用仪器

探伤过程中应采用单面双侧或双面双侧探伤。探伤时对出现缺陷波的位置的另一侧进行复探。在探伤仪显示的水平定位和深度定位中以水平定位为依据对缺陷进行水平定位.如另一侧的水平定位显示同一位置有缺陷波时, 可判断为缺陷:另一侧检查没有在该位置出现反射波显示时.要分析原因.是否该位置因工件几何形状原因导致缺陷无法显示, 必要时使用不同K值的探头。上述原因排除后, 该现象可不评为缺陷。同时出现两个或以上反射波时, 要分别确认是否缺陷波形, 以防漏检。

3 超声波探伤仪的使用实例

超声波探伤中, 常见的缺陷有:气孔, 夹渣, 未焊透, 裂纹和未熔合等。以下对这几种缺陷进行分析。

3.1 气孔型缺陷分析

单个气孔的特点是:单峰、波峰陡, 微摆探头波峰急剧下降, 探侧对称性好。群孔的特点是:多峰, 占波宽, 微摆探头波峰高度交替, 探测对称性差。

3.2 夹渣型缺陷分析

夹渣的波型特点是:波峰毛糙, 回波强度弱、迟顿一些, 探侧对称性差。

3.3 未焊透型缺陷分析

当焊口根部成形平整时, 一般无反射波或反射波强度较弱。当根部成形不良时, 如透度较大、未焊透、单侧未透、或成形不规则时, 从焊口两侧或一侧探伤, 一般均有根部反射信号, 其反射强度随根部成形所构成的反射条件而异。

根部未焊透与单侧未焊透的区分区分的方法是:焊口根部未焊透, 从焊口两侧探伤均有反射信号, 且对称性好, 构成端角反射, 波峰包络线陡直, 一次波声程提前, 水平定位偏离焊缝中心靠近探头一侧;而焊口根部单侧未焊透, 一侧探伤没有反射信号, 不能构成端角反射, 另一侧探伤才有反射信号, 具有未焊透的波形特点。如果是焊口根部内凹, 则波峰包络线圆滑一些。两侧探伤基本对称。

3.4 裂纹、未熔合缺陷型分析

焊缝根部裂纹的波型特点:裂纹如垂直于焊缝根部, 探侧对应性好 (与存在角度有关) , 波峰毛糙, 回波声程提前, 熔合线裂纹或坡口未熔合缺陷的波型特点是:探测对称性差, 波峰毛糙, 两侧水平定位评定时, 一侧探侧波幅明显高于另一侧。

4 结论

从上述使用实例, 可以看到超声波具有劳动强度低、速度快辅助工作量少, 对设备中危害性缺陷检出率高等优点。所以在锅炉压力容器的检验中选用超声波探伤对具有危害性的裂纹及来熔合等缺陷检出可以取得好的效果。另外, 超声波探伤范围随着仪器及使用技术的进一步开发将会逐步扩大。如:小径管焊缝超声波探伤, 各种角焊缝探伤等。所以, 在锅炉压力容器检验中, 应首选超声波探伤, 当无法采用超声波探伤方法时, 再考虑使用其它探伤方法。

参考文献

[1]黄德胜.锅炉角焊缝未熔合的超声波检测.

[2]刘志刚, 肖世荣.锅炉受热面管焊口超声波探伤要点分析.

[3]陈立.锅炉压力容器检验中的超声波探伤.

超声波抗癌 第4篇

所谓“微泡”就是微型气泡，内含氧气或空气，可以均匀地悬浮在血液等液体中。由于微泡的尺寸很小，甚至可以通过最细微的血管，因此它们常常被用在超声显像中。微泡对超声波的反射优于血液或软组织，这使得它们能够存超声图像中将血液明显地表现出来。到目前为止，微泡在医学上最常见的应用就是作为造影剂。

飞利浦公司的科学家们正在研究的这项新的药物输送技术，依靠的就是增强了显像对比度的微泡。这套系统的目的是帮助超声检验师根据微泡的密度和微小血管形成的特殊网络来定位肿瘤。当肿瘤的位置被确定以后，系统将发射出集中的高能量超声脉冲来打破微泡的外壁，一旦外壁被摧毁，微泡内含的药物就会扩散到周边与肿瘤直接接触，而不必像传统的给药方式一样先经过全身的血液。这种局部释放技术可以防止药物影响人体的其它系统，从而避免产生令人痛苦的副作用，并改善化疗患者的生活质量。

这项技术要投入到医院日常的临床治疗之中，还有很长的路要走。幸好飞利浦并非是独自研发这一突破性技术的公司，它正在与一些学术伙伴合作，其中包括美国的弗吉尼亚大学、德国的明斯特大学以及一些临床机构，如同样正在积极研究超声介导药物输送的美国休斯顿卫理公会医院。

超声波测距总结 第5篇

超声波传感器用于超声控制元件，它分为发射器和接收器。发射器将电磁振荡转换为超声波向空气发射，接收器将接受的超声波进行声电转换变为电脉冲信号。实质上是一种可逆的换能器，即将电振荡的能量转换为机械振荡，形成超声波；或者有超声波能量转换为电振荡。常用的传感器有T40-XX和R40-XX系列，UCM-40T和UCM-40R系列等；其中T代表发射传感器，R代表接收传感器，40为中心频率40KHZ。

超声波的传播速度

纵波、横波及表面波的传播速度取决于介质的弹性常数以及介质的密度。

1.液体中的纵波声速：

C1=

k/

2.气体中的纵波声速：

C2=

P·/

式中：K——体积弹性模量

——热熔比

P——静态压力

——密度

注：气体中声速主要受温度影响，液体中声速主要受密度影响，固体中声速主要受弹性模量影响；一般超声波在固体中传播速度最快，液体次之，气体中传播速度最慢。超声波测距原理

通过超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播时碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为v ,而根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差△t ,就可以计算出发射点距障碍物的距离S ,即: S = v·△t /2

这就是所谓的时间差测距法 或：

由于超声波也是一种声波, 其声速C与温度有关,表1列出了几种不同温度下的声速。在使用时,如果温度变化不大, 则可认为声速是基本不变的。常温下超声波的传播速度是334 米/秒,但其传播速度V 易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响,其中受温度的影响较大，如温度每升高1 ℃, 声速增加约0.6 米/ 秒。如果测距精度要求很高, 则应通过温度补偿的方法加以校正（本系统正是采用了温度补偿的方法）。已知现场环境温度T 时, 超声波传播速度V 的计算公式为：

V = 331.45 + 0.607T

声速确定后, 只要测得超声波往返的时间,即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理。

超声波发生器可以分为两类：

1、使用电气方式产生超声波；

2、用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型，磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各有不同，因而用途也各有不同。目前较为常用的是压电式超声波发生器，其又可分为两类：（1）顺压电效应：某些电介物质，在沿一定方向上受到外力作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上会产生电荷；当外力去掉后，又从新回到不带电的状态，这种将机械能转换为电能的现象称顺压电效应（超声波接收器的工作原理）。（2）逆压电效应：在电介质的极化方向上施加电场，会产生机械变形，当去掉外加电场时，电介质的变形随之消失，这种将电能转化为机械能的现象称逆压电效应（超声波发射器的工作原理）。

系统框图

超声波发射电路 方案一

利用555定时器构成多谢振荡器产生40KHz的超声波。如下图为555定时器构成的多谢振荡器，复位端4由单片机的P0.4口控制，当单片机给低电平时，电路停振；当单片机给高电平时电路起振。接通电源后，电容C2来不及充电，6脚电压Uc=0，则U1=1,555芯片内部的三极管VT处于截止状态。这时Vcc经过R3和R2向C2充电，当充至Uc=2/3Vcc时，输出翻转U1=0，VT导通；这时电容C2经R2和VT放电，当降至Uc=1/3Vcc时，输出翻转U1=1.C2放电终止、又从新开始充电，周而复始，形成振荡。其振荡周期t1和放电时间t2有关，振荡周期为:

T=t1+t20.7(R3+2R2)C2

f=1/T=1/(t1+t2)1.43/(R3+2R2)C2=40KHz 有上面公式可知，555多谐振荡器的振荡频率由R2，R3，C2来确定。所以在电路设计时，先确定C2,R2的取值，即C2=3300pf,R2=2.7K。再将R2和C2的值代入上式中可得：

R3=1.43/C2·f-2R2 为了方面在实验中使用555芯片的3脚输出40KHz的方波，在这里将其用10K的电位器代替。

为了增大U1的输出功率，将555芯片的8脚接+12v的电压，同时将其复位端4脚接高电平，使用示波器观察555芯片3脚的输出波形，通过调节电位器R3的阻值，使其输出波形的频率为40KHz。

方案二

该超声波发射电路，由F1至F3三门振荡器在F3的输出为40KHz方波，工作频率主要由C1、R1和RP决定，用RP可调电阻来调节频率。F3的输出激励换能器T40-16的一端和反相器F4输出激励换能器T40-16（反馈耦合元件）的另一端，因此，加入F4使激励电压提高了一倍。电容C2、C3平衡F3和F4的输出使波形稳定。电路中的反相器用CC4069六反相器中的四个反相器剩余两个不用（输入端应接地）。电源用9V叠层电池；测量F3输出频率应为40KHz,否则应调节RP，发射波信号大于8m。

方案三

该超声波发射电路由VT1、VT2组成正反馈振荡器。电路的振荡频率决定于反馈元件的T40-16，其谐振频率为40KHz；频率稳定性好，不需做任何调整，并由T40-16作为换能器发出40KHz的超声波信号；电感L1与电容C2调谐在40KHz起作谐振作用。本电路电压较宽（3v至12v），且频率不变。电感采用固定式，电感量5.1mH，整工作电流约25mA，发射超声波信号大于8m。

方案四

该发射电路主要有四与非门电路CC4011完成谐振及驱动电路功能，通过超声波换能器T40-16辐射出超声波去控制接收器。其中门YF1和门YF2组成可控振荡器，当S按下时，振荡器起振，调整RP改变振荡器频率为40KHz；振荡信号分别控制由YF3、YF4组成的差相驱动器工作，当YF3输出高电平时，YF4输出低电平，当YF3输出低电时，YF4输出高电平。此电平控制T40-16换能器发出40KHz超声波。电路中YF1至YF4采用高速CMOS电路74HCOO四与门电路，该电路特点是输出驱动电流大（大于15mA），效率高等；电路工作电压9V，工作电流大于35mA，发射超声信号大于10m。

方案五

本电路采用LM386对输出信号进行功率放大，LM386多用于音频放大，而在本电路中用于超声波发射。如图所示，LM386第1脚和第8脚之间串接的E1和R1，使电路获得较大的增益；TO为单片机输入口的脉冲信号，经功率放大后由5脚输出，驱动探头发射超声波。

超声波接收器模块 方案一

超声波接收传感器通过压电转换的原理，将由障碍物返回的回波信号转换为电信号，由于该信号幅度较小（几到几十毫伏），因此须有低噪声放大、40kHz带通滤波电路将回波信号放大到一定幅度，使得干扰成分较小，其电路如下所示。在此电路中，为了防止在超声波接收器上始终加有一直流信号让其工作导致传感器的寿命缩短，从而加上一隔直电容C4,从而C4和R5构成滤波电路。

在电路中，放大部分采用的是高速型运放TL084。综合考虑了反相放大器、同相放大器和测量放大器的优缺点后，最终选择了同相放大电路。因为同相放大器的理想输入阻抗为无穷大，理想输出阻抗为零，其带负载能力较强等因素。在此电路中，根据同相放大器的闭环增益公式：Af=1+Rf/Rr 由于接收到的信号幅度为几到几十毫伏，所以需要将其放大400多倍使得其接收到的40KHz信号不会被干扰信号给掩盖。为了防止引起运算放大器的自激振荡，在第一级的放大电路中，R7取值为470 K,R8取值为10K，其增益放大： Af1=1+R7/R8=48 在第二级放大电路中，R11的取值为100K，R12的取值为10K，其放大增益： Af2=1+R11/R12=11 两级增益为：Af=Af1·Af2=528 同相放大器的平衡电阻R6和R10的取值均为10K。平衡电阻公式为：

Rp=Rf/(Rf+Rr)C5和R9构成了一阶滤波电路。

方案二

该电路主要有集成电路CX20106A和超声波换能器TCT40-10SI构成。利用CX20106A做接收电路载波频率为38KHz；通过适当的改变C7的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。

工作原理：当超声波接收探头接收到超声波信号时，压迫压电晶体做振动，将机械能转化成电信号，由红外线检波接收集成芯片CX20106A接收到电信号后，对所接信号进行识别，若频率在38KHz至40KHz左右，则输出为低电平，否则输出为高电平。

方案三

双稳式超声波接收电路

电路中，由VT5、VT6及相关辅助元件构成双稳态电路，当VT4每导通一次（发射机工作一次），触发信号C7、C8向双稳电路送进一个触发脉冲，VT5、VT6状态翻转一次，当VT6从截止状态转变成导通状态时，VT5截止，VT7导通，继电器K吸合•••调试时，在a点与+6V（电源）之间用导快速短路一下后松开，继电器应吸合(或释放)，再短路一下松开，继电器应释放（或吸合），如果继电器无反应，请检查双稳电路元件焊接质量和元件 参数。

方案四

单稳式超声波接收电路

本电路超声波换能器R40-16谐振频率为40kHZ，经R40-16选频后，将40kHZ的有用信号（发射机信号）送入VT1至VT3组成的高通放大器放大，经C5、VD1检出直流分量，控制VT4和VT5组成的电子开关带动继电器K工作。由于该电路仅作单路信号放大，当发射机每发射一次超声波信号时接收机的继电器吸合一次（吸合时间同发射机发射信号时间相同），无记忆保持功能。可用作无线遥控摄像机快门控制、儿童玩具控制、窗帘控制等。电路中VT1β≥200，VT2≥150，其他元件自定。本电路不需要调试即可工作。如果灵敏度和抗干扰不够，可检查三极管的β值与电容C4的容量是否偏差太大。经检测，配合相应的发射机，遥控距离可达8m以上，在室内因墙壁反射，故没有方向性。电路工作电压3V，静态电流小于10mA。

方案五

在本接收电路中，结型场效应VT1构成高速入阻抗放大器，能够很快地与超声波接收器件B相匹配，可获得较高接收灵敏度及选频特性。VT1采用自给偏压方式，改变R3的阻值即可改变VT1的工作点，超声波接收器件B将接收到的超声波转换为相应的电信号，经VT1和VT2两极放大后，再经VD1和VD2进行半波整流为直流信号，由C3积分后作用于VT3的基极，使VT3由截止变为导通，其集电极输出负脉冲，触发器JK触发D，使其翻转。JK触发器Q端的电平直接驱动继电器K，使K吸合或释放；由继电器K的触点控制电路的开关。

盲区形成的原因及处理

1、探头的余震及方向角。发射头工作完后还会继续震一会，这是物理效应，也就是余震。余震波会通过壳体和周围的空气，直接到达接收头、干扰了检测；通常的测距设计里，发射头和接收头的距离很近，在这么短的距离里超声波的检测角度是很大的，可达180度。

2、壳体的余震。就像敲钟一样，能量仍来自发射头。发射结束后，壳体的余震会直接传导到接收头，这个时间很短，但已形成了干扰。（注：不同的环境、温度对壳体的硬度和外形会有所变化，导致余震时间会略有改变）

3、电路串扰。超声波发射时的瞬间电流很大，瞬间这么大的电流会对电源有一定影响，并干扰接收电路。通常这三种情况情况在每次超声波发射时都会出现，即超声波在发射的时候,是一个高压脉冲,并且脉冲结束后,换能器会有一个比较长时间的余震,这些信号根据不同的换能器时间会有不同,从几百个uS到几个mS都有可能,因此在这个时间段内,声波的回波信号是没有办法跟发射信号区分的.因此,被测物体在这个范围内,回波和发射波区分不开,也就无法测距,从而形成了盲区.。

在硬件方面通常将超声波转换器之间的距离适当增大来减少盲区的范围；如果发射探头和接收探头分开，收发不互相影响，必须要求发射电路和接收电路的地线隔离很好，发射信号不会通过地线串扰过去，否则也是不能减小盲区的。

超声波气体检测 第6篇

摘 要：介绍了一种新型的气体泄漏超声检测系统,在分析小孔气体泄漏产生超声波的原理的基础上,阐述了该检测系统的原理及设计方案。该系统能对各种压力容器的孔隙泄漏所产生的微弱超声信号进行精确检测。该系统利用DSP技术对泄漏所产生的超声波信号进行分析处理和声压级计算,从而实现对泄漏的检测及泄漏量的估算。

关键词：DSP 声压级 本底噪声 泄漏超声波

目前,工业上和生活中均大量用到用于储存和输送压缩气体的压力容器,如气缸、气罐、煤气管道等。由于各种原因,容器会产生漏孔从而发生气体泄漏。据估计,工业上由于泄漏而损失掉的压缩气体平均占到40%左右。泄漏不但会造成能源的浪费,而且如果是有害气体的话,还会对空气造成污染。因此,准确地判断和定位产生泄漏的位置,对于提高企业的生产效率和节约能源具有重大的意义。

传统的泄漏检测方法如绝对压力法、压差法、气泡法等,操作复杂并且对技术人员要求较高,而且不具有实时性。目前,工业上广泛利用泄漏产生超声波的原理来进行泄漏检测。利用超声波检测气体泄漏位置,不仅方法简单,而且准确可靠。基于此,本文研究并设计了一种新型的超声波气体泄漏检测系统。检测原理

1.1气体泄漏产生超声波

如果一个容器内充满气体,当其内部压强大于外部压强时,由于内外压差较大,一旦容器有漏孔,气体就会从漏孔冲出。当漏孔尺寸较小且雷诺数较高时,冲出气体就会形成湍流,湍流在漏孔附近会产生一定频率的声波,如图1所示。声波振动的频率与漏孔尺寸有关,漏孔较大时人耳可听到漏气声,漏孔很小且声波频率大于20kHz时,人耳就听不到了,但它们能在空气中传播,被称作空载超声波。超声波是高频短波信号,其强度随着离开声源(漏孔)距离的增加而迅速衰减。因此,超声波被认为是一种方向性很强的信号,用此信号判断泄漏位置相当简单。

图1 气体泄漏产生超声波

1.2 声压与泄漏量的关系

泄漏超声本质上是湍流和冲击噪声。泄漏驻点压力P与泄漏孔口直径D决定了湍流声的声压级L。著名学者马大猷教授推出如下公式[1]:

式中,L为垂直方向距离喷口1m处的声压级(单位:dB);D为喷口直径(单位:mm);D0＝1mm;P0为环境大气绝对压力;P为泄漏孔驻压。

由此可知, 在与泄漏孔的距离一定时,泄漏超声的声压级是随泄漏孔尺寸和系统压力的变化而变化的。

泄漏产生的超声波频带比较宽,一般在20kHz到100kHz之间。在不同的频率点,超声波的能量是不同的。实际上,它的频谱峰值也是随泄漏孔的尺寸和压力的变化而变化的。比如:在一定的泄漏孔径和压力下,如果泄漏超声波的频谱峰值是在38kHz点,那么加大孔径以后它的频谱峰值可能出现在36kHz点;如果孔径不变,加大系统内外压差,频谱峰值可能出现在43kHz点。但是在同一频率点,对于形状相同的泄漏孔,泄漏所产生的超声波的声强随泄漏量的增大而增大。另外,如果泄漏量恒定,即泄漏面积一定,则泄漏孔的形状越接近于圆形,声压越高。当泄漏孔的雷诺数用式(2)表示时,在40kHz点声压与雷诺数之间的关系如图2所示。

图2 声压级与雷诺数的关系

式中,ρ为气体密度;μ为粘度;V为流速;D为力学平均直径。

由图2可知,如果能检测出泄漏孔附近在某一个频率点的声强,则可以推算出该泄漏孔的雷诺数。对于该泄漏孔,由于它的力学平均直径是确定的,所以这时雷诺数与气体泄漏量成正比关系。但是对于不同的泄漏孔,并不知道它的力学平均直径,因此光知道雷诺数还不能求出泄漏量。在工业上,对于管道气体,由于有源源不断的气体补给,管道里面的气压一般都是恒定值。而对于工业容器,由于小孔泄漏的泄漏量非常微弱,容器当中的压力变化非常缓慢,所以可以认为在一段时期内是恒定值。当系统内外压力一定时,对于不同的泄漏孔,它的泄漏流速都是一定的,可以用公式(3)[2]来表示:

式中,V为气体流速;p为管内压力;P0为环境大气绝对压力;T1为绝对温度;σ＝P0/P;R为气体常数;K=,对于空气,k=1.4,则K=2.646。

当雷诺数、气体流速知道以后,就可以反求出该泄漏孔力学平均直径D,即可得出泄漏量。通过以上分析得出:只要能检测出距离泄漏点一定距离的超声波在某一个频率点的强度,再给出泄漏系统内外压力,就可以估算出气体泄漏量。系统硬件实现

小孔气体泄漏所发出的超声波强度是极其微弱的,而且在工业场合,环境噪声是相当大的。所以要检测出在恶劣环境下的气体泄漏所发出的超声,必须对系统信号放大部分进行精心的设计。在本系统中只检测40kHz点的泄漏超声波的强度,原因是通过实验得出,在40kHz点的泄漏超声波能量都是比较大的,而且泄漏声和本底噪声能量差值也最大(如图3所示)。这样选择可以增加系统灵敏度。

系统原理如图4所示。系统分为模拟和数字两部分,模拟部分包括信号放大电路和音频处理电路等。信号放大电路由前置放大电路、带通滤波电路和二次放大电路组成。音频处理电路由本振电路、混频器、功率驱动电路组成。数字部分主要由DSP和LCD、RAM、键盘等外围设备组成。传感器信号经过放大滤波以后,一路交由DSP处理,另一路通过降频转化为可听声。下面分别介绍各部分原理。

图3 本底噪声与泄漏声声压图

图4 系统原理图

2.1 信号放大电路

图5所示为模拟电路的信号放大部分。

前置放大电路选用AD公司的专用高精度仪器三运放AD620。AD620是由三个精密运放集成的差分专用仪器运放,它具有低偏移、高增益(信号可直接放大到1000倍)、高共模拟制比的特点,特别适用于放大传感器信号。由于传感器接收到的大量的低频噪声(如50Hz的工频噪声)强度远大于它所接收到的超声信号,所以在传感器与AD620之间必须接一个无源高通滤波器。这样虽然增加了传感器的功耗,但是在后面可以通过增大放大倍数来弥补。第二级是一个有源带通滤波电路。在这一级可以滤掉前面滤波器没有滤掉的大部分背景噪声和由器件或电路产生的噪声。这里选择的通带为38kHz～42kHz。第二级和第三级运放都采用AD公司的OP777,它是一个超精密的低噪声运放,具有极低的电压和电流偏移以及很高的增益稳定性。第三级是一个一般的同相放大电路。经过第三级放大以后,信号范围为-3.3V～+3.3V,再经过如图所示的两个20kΩ的电阻,并接上+3.3V的偏置电压,就可以使输入到DSP的AD采样信号变为0～3.3V。

虽然选用的器件是低噪声的,但是对于检测极其微弱的泄漏超声信号来说,还是不能忽略器件本身的噪声。在信号进入DSP以后再一次对其进行数字滤波,滤掉由前面器件和电路产生的直流电压偏置和噪声。这样可以得到足够高精度的泄漏超声波信号。

图5 信号放大电路

图6 音频处理电路原理图

2.2 音频处理电路设计

设计音频处理电路的目的是能够比较方便地判断哪里有泄漏的产生。人耳的听觉范围大约在1kHz到20kHz之间。因此检测到的超声信号必须通过降频才能为人耳所听到。降频的原理是利用差分信号的乘法特性:

然后在Uo后接上低通滤波器,则可得差频信号。如选用本振电路的频率为37kHz,那么得到的差频信号为3kHz,可为人耳听到。音频处理电路的原理图如图6所示。

2.3 DSP

DSP的主要功能是负责A/D转换、对A/D转换后的信号进行分析处理、对LCD及电源进行管理。这里采用TMS320LF2407A。DSP芯片是一种具有特殊结构的微处理器。芯片内部采用程序和数据分开的哈佛结构,具有专门的硬件乘法器,广泛采用流水线操作,并提供特殊的DSP指令,可以快速地实现各种数字信号处理算法。TMS320LF240X是德州仪器(TI)公司推出的基于C2×LP16位的定点低功耗的数字信号处理器系列,2407A型处理器是此系列中的最新产品。40M指令/秒(40MIPS)的处理速度可以提供远远超过传统的16位微控制器和微处理器的性能。它的内置10位模/数转换电路可以使电路得以简化。

2.4 LCD显示部分设计

LCD的作用是显示泄漏孔的声强和估算的泄漏值以及由键盘输入的数据。这里选用内藏三星公司的KS0713显示控制芯片的LCD显示模块。它有128×64的点阵。其供电电压只需3.3V。KS0713芯片速度相当快,内部晶振频率可达2MHz,很适合使用高速CPU芯片的场合。这里采用DSP的数字I/O口来控制LCD模块,如图7所示。

图7 TMSLF2407A与KS0713的接口

图8 键盘接口电路

图9 主程序流程图

2.5 键盘电路设计

键盘的作用是输入泄漏系统的内外压力值和选择不同的气体常数。在估算气体泄漏量时,需要知道气体的流速,由公式(3)可知,泄漏气体的流速可以通过气体内外的压力和气体常数等换算出来,这些数值是通过键盘输入进去的。这里采用一维键盘,用DSP的四个数字I/O口来接收键盘输入,采用软件的方法消除键盘的抖动。本系统设计了四个按键:“功能” 键、“+”键、“-”键和“确定”键。功能键用于循环选择容器内气压、容器外气压和气体常数的设置等。每按一次功能键,在上述三个功能间切换一次。键盘接口电路如图8所示。系统软件部分设计

因为系统要完成测量泄漏超声的声压级、估算泄漏量以及完成显示功能,所以软件主要由信号采集子程序、滤波子程序、FFT变换程序、泄漏估算子程序、LCD显示子程序、键盘服务子程序等组成。限于篇幅,在此只列出程序设计的总体思路,如图9所示。本文所介绍的超声波泄漏检测系统具有精度高、体积小、便于携带和具有很好的人机交互界面等特点。该系统还利用DSP等技术实现了对泄漏量的估算。

参考文献 袁易全,黄建人.高灵敏超声检漏仪的研究,东南大学学报,1989 2 李建藩.气压传动系统动力学.广州:华南理工大学出版社,1991 李 进,陈会仓,程 斌等.气体泄漏超声波检测装置.工业仪表与自动化装置,1996(5)4于亚非.用超声波传感器检测气体泄漏.仪器与未来,1992(8)5 李光海,王 勇,刘时风.基于声发射技术的管道泄漏检测系统.自动化仪表,2002;23(5):20～23

作者姓名： 龚其春 叶 骞 刘成良 王永红

作者单位： 上海交通大学机电控制研究所SMC研究中心

出处：电子技术应用

超声波安全操作规程 第7篇

1.操作者应熟悉设备性能，了解主要部件的结构作用，严格执行操作规程。

2.开机前仔细检查各电器部件灵敏可靠度，有无漏气现象。

3.焊接前定位板位置必须正确，加热板上下移动自如，不得有碰撞现象，焊布要干净，并紧帖附焊板上，调整好熔融时间，对接时间，夹紧压力

4.定期排出气水过滤器中的杂物，定期进行设备保养。

5.设备长期不用时，要做好防锈处理。打开电源开关，打开加热旋钮，使电热板升温。打开气源，放掉水气。检查和调整各压力表气源压力，设定熔融与对接时间和温度。

9.待电热板升至所设定温度时，即可开机工作。打开选择开关（单动或联动），按运行键，把型材放到后面的工作台上面，移动机头至适当位置锁定，再把型材放到前面的工作台上面，分别按前后压紧键，将型材压紧。如发现型材没放好，可再按一次压紧键，压紧即松开，调整后再次按压紧键即可。第二次按运行键，一切焊接程序均自动运行直至焊接结束自动复位。

11.运行过程中，如发现动作或操作有误，应立即按急停键，停止运行，调整后，再重新操作。

12.焊接完毕，关机时先关闭气源、电源，然后放掉余气。做好本班次的工作记录，清扫设备上的垃圾，做好设备的维护保养。14 首先检查设备的防护盖是否完好，螺丝是否松动。打开电源开关，打开气源开关。检查气动系统有无漏气现象，根据需要将各机头电源及控制按钮打开。

16、检查各参数（压力、时间、温度）及动作速度、定位板位置是否满足要求，调整好定位标尺。

17、一种规格尺寸第一次焊接时，先按两机头的定位按钮，然后放好型材调整机头位置（使型材两端顶到后定位板活动定位块），锁紧手柄。同一尺寸第二次焊接时，将型材放入，按动定位按钮使其定位。

18、检查一切正常（型材是否压好，温度是否正常等）后按自动焊接按钮，焊接过程自动完成，直到复位后取出已焊好的半成品或成品。

19、操作过程中如果手被压住或型材挡住焊板等非常情况，按急停按钮停止动作。按后往右旋一下以复位。

20、工作完毕后关闭气源开关，放掉三联体内的余气和积水。

21、关闭各机头加热和控制电源，最后关闭设备总电源。

超声波加湿机 第8篇

超声波加湿机采用电子超频震荡 (震荡频率为1.7MHz, 超过人的听觉范围, 对人体及动物绝无伤害) , 通过雾化片的高频谐振, 将水抛离水面而产生自然悬浮的水雾, 不需加热或化学药品而产生1～10μm水颗粒漂浮于空气中, 达到空气湿润效果。超声波加湿机用于规模化菌类种植, 可替代繁重的人工浇灌。据湖北武汉等地使用反映, 该机具有以下特点:一是增产效果明显, 用机械加湿所生长的蘑菇明显比人工浇灌的个头大, 能增产3%～5%;二是节约成本, 原来使用人工需要费用150元, 现在只需电费10元左右, 使用机械比人工节约成本90%以上;三是提高了蘑菇的品质, 使用机械加湿的蘑菇外观明显比人工浇灌色泽亮丽, 销售价格比人工浇灌的高出10%左右。

超声波加湿机由杭州高振电器设备有限公司生产, 技术参数如下。