第一篇：超聲波原理及應(yīng)用科技小論文

超聲波原理及應(yīng)用

土建學(xué)院土木120412231103朱飄揚(yáng)

一、摘要：本文對(duì)超聲波原理及應(yīng)用專題實(shí)驗(yàn)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一些的總結(jié)與討論，同時(shí)結(jié)合自己在做實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)到的知識(shí)擴(kuò)展到現(xiàn)實(shí)生活中，查閱了相關(guān)資料，對(duì)實(shí)驗(yàn)涉及的知識(shí)點(diǎn)加強(qiáng)了理解和認(rèn)識(shí)。

二、關(guān)鍵詞：超聲波、產(chǎn)生及原理、傳播及反射、應(yīng)用。

三、背景：正常人的聽覺可以聽到20赫茲（Hz）-20千赫茲（kHz）的聲波，當(dāng)聲波的振動(dòng)頻率小于20Hz或大于20KHz時(shí)，我們便聽不見了。因此，我們把頻率高于20000赫茲的聲波稱為“超聲波”。超聲波在媒質(zhì)中的反射、折射、衍射、散射等傳播規(guī)律，與可聽聲波的規(guī)律沒有本質(zhì)上的區(qū)別。但是超聲波的波長(zhǎng)很短，只有幾厘米，甚至千分之幾毫米。由于超聲波的頻率高,其波長(zhǎng)較同樣介質(zhì)中的聲波波長(zhǎng)短得多,衍射現(xiàn)象不明顯,所以超聲波的傳播方向好。超聲波在介質(zhì)中傳播,當(dāng)振幅相同時(shí),振動(dòng)頻率越高能量越大。因此,它比普通聲波具有大得多的能量。超聲波雖然在氣體中衰減很強(qiáng),但在固體和液體中衰減較弱。在不透明的固體中,超聲波能夠穿透幾十米的厚度,所以超聲波在固體和液體中應(yīng)用較廣。

四、論述

1、超聲波的產(chǎn)生與傳播 當(dāng)利用確定反射體（界面或人工反射體）測(cè)量聲速時(shí)，只需要測(cè)量該反射體的回波時(shí)間，就可以計(jì)算得到聲速。而對(duì)于單個(gè)的反射體，能夠直接測(cè)量的時(shí)間包含了超聲波在探頭內(nèi)部的傳播時(shí)間t0，即探頭的延遲。對(duì)于任何一種探頭，其延遲只與探頭本身有關(guān)，而與被測(cè)的材料無(wú)關(guān)。因此，首先需要測(cè)量探頭的延遲，然后才能利用該探頭直接測(cè)量反射體回波時(shí)間。

直探頭：延遲t=2t1-t2

CL=(2L)/(t2-t1)邪探頭：延遲t=2t1-t2CL=(2R2-2R1)/(t2-t1)

2、折射角的測(cè)量

B1為試塊的1次底面回波，B2 稱為試塊的2次底面回波，確定B1、B2的波型后，可以分別測(cè)量縱波和橫波的折射角。讓把探頭的縱波聲束對(duì)正（回波幅度最大時(shí)為正對(duì)位置）CSK-IB試塊上的橫孔A，用鋼板尺測(cè)量正對(duì)時(shí)探頭的前沿到試塊右邊沿的距離LA1；然后向左移動(dòng)探頭，再讓縱波聲束對(duì)正橫孔B，并測(cè)量距離LB1。測(cè)量A和B的水平距離L和垂直距離H，則探頭的折射角為：

?1?tan?1(LB1?LA1?L)

H3、超聲波探測(cè)

聲束擴(kuò)散角的測(cè)量：

直探頭：利用直探頭分別找到B1通孔對(duì)應(yīng)的回波，移動(dòng)探頭使回波幅度最大，并記錄該點(diǎn)的位置x0及對(duì)應(yīng)回波的幅度；然后向左邊移動(dòng)探頭使回波幅度減小到最大振幅的一半，并記錄該點(diǎn)的位置x1；同樣的方法記錄下探頭右移時(shí)回波幅度下降到最大振幅一半對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位置x2；則直探頭擴(kuò)散角為：

??2tg?1|x2?x1| 2L斜探頭：測(cè)量出探頭的折射角β，然后利用測(cè)量直探頭同樣的方法，按下式計(jì)算斜探頭的擴(kuò)散角近似為：

??2tg?1[|x2?x1|cos2?] 2L要實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷進(jìn)行定位，除了必須測(cè)量（或已知）探頭的延遲、入射點(diǎn)外，還必須測(cè)量（或已知）探頭在該材質(zhì)中的折射角和聲速。通常我們利用與被測(cè)材料同材質(zhì)的試塊中兩個(gè)不同深度的橫孔對(duì)斜探頭的延遲、入射點(diǎn)、折射角和聲速進(jìn)行測(cè)量。

五、拓展

超聲學(xué)是一門應(yīng)用性和邊緣性很強(qiáng)的學(xué)科，從它一百多年來(lái)的發(fā)展可以看出，超聲學(xué)是隨著它在國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)、基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域中應(yīng)用的不斷深入而得到發(fā)展的。它不斷借鑒電子學(xué)、材料科學(xué)、光學(xué)、固體物理等其他學(xué)科的內(nèi)容，而使自己更加豐富。同時(shí)，超聲學(xué)的發(fā)展又為這些學(xué)科的發(fā)展提供了一些重要器件和行之有效的研究手段。如超聲探傷和超聲成像技術(shù)都是借鑒了雷達(dá)的原理和技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的，而超聲的發(fā)展又為電子學(xué)、光電子學(xué)、雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展提供了超聲延遲線、濾波器、卷積器、聲光調(diào)制器等重要的體波和表面波器件。超聲波在軍事中的應(yīng)用主要運(yùn)用超聲波方向性好的特性。由于超聲波基本上是沿直線傳播的，可以定向發(fā)射，如果漁船載有水下超聲波發(fā)生器，它旋轉(zhuǎn)著向各個(gè)方向發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波遇到魚群時(shí)會(huì)反射回來(lái)，漁船探測(cè)到反射波就知道魚群的位置了，這種儀器叫聲納。它也可以用來(lái)探測(cè)水中的暗礁和敵人的潛艇以及測(cè)量海水的深度。參考文獻(xiàn)：《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》成正維、牛原 搜搜百科-超聲波原理和應(yīng)用

第二篇：超聲波原理及應(yīng)用專題小論文

超聲波原理及其在生活中的應(yīng)用

電子1103 李志 11214066 摘要：

本文第一部分主要介紹超聲波產(chǎn)生與傳播及其特點(diǎn)，包括什么是超聲波、波的傳播、超聲波的特點(diǎn)等；第二部分主要介紹實(shí)驗(yàn)過(guò)程，包括實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)結(jié)果；第三部分主要介紹超聲波技術(shù)的應(yīng)用，包括超聲波傳感器、超聲波測(cè)距、超聲波在醫(yī)療方面的應(yīng)用等。

關(guān)鍵詞：

超聲波、產(chǎn)生及傳播原理、特點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)方法、發(fā)展及應(yīng)用

背景：

自19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，在物理學(xué)上發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)與反壓電效應(yīng)之后，人們解決了利用電子學(xué)技術(shù)產(chǎn)生超聲波的辦法，從此迅速揭開了發(fā)展與推廣超聲技術(shù)的歷史篇章。1922年，德國(guó)出現(xiàn)了首例超聲波治療的發(fā)明專利。1939年發(fā)表了有關(guān)超聲波治療取得臨床效果的文獻(xiàn)報(bào)道。40年代末期超聲治療在歐美興起，直到1949年召開的第一次國(guó)際醫(yī)學(xué)超聲波學(xué)術(shù)會(huì)議上，才有了超聲治療方面的論文交流，為超聲治療學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1956年第二屆國(guó)際超聲醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議上已有許多論文發(fā)表，超聲治療進(jìn)入了實(shí)用成熟階段。并且在21世紀(jì)(HIFU)超聲聚焦外科已被譽(yù)為是21世紀(jì)治療腫瘤的最新技術(shù)。

正文：

一、超聲波的產(chǎn)生與產(chǎn)生及其原理

1、什么是超聲波 所謂超聲波，是指人耳聽不見的聲波。正常人的聽覺可以聽到20赫茲（Hz）-20千赫茲（kHz）的聲波，低于20赫茲的聲波稱為次聲波或亞聲波，超過(guò)20千赫茲的聲波稱為超聲波。超聲波是聲波大家族中的一員，和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點(diǎn)都是一種機(jī)械振動(dòng)，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)傳播，是一種能量和動(dòng)量的傳播形式，其不同點(diǎn)是超聲頻率高，波長(zhǎng)短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的束射性和方向性。

2、波的傳播

超聲波是波的一種，他的傳播完全符合波的傳播特點(diǎn)。所以超聲波在介質(zhì)中傳播的波形取決于介質(zhì)可以承受何種作用力以及如何對(duì)介質(zhì)激發(fā)超聲波。通常有如下三種波形: 1縱波波形：當(dāng)媒質(zhì)中各體元振動(dòng)的方向與波傳播的方向平行時(shí)，此超聲○波為縱波波形。任何固體介質(zhì)當(dāng)其體積發(fā)生交替變化時(shí)均能產(chǎn)生縱波。

2橫波波形：當(dāng)媒質(zhì)中各體元振動(dòng)的方向與波傳播的方向垂直時(shí)，此種超○聲波為橫波波形。由于媒質(zhì)除了能承受體積變形外，還能承受切變變形，因此，當(dāng)其有剪切應(yīng)力交替作用于媒質(zhì)時(shí)均能產(chǎn)生橫波。橫波只能在固體介質(zhì)中傳播。

3表面波波形：○是沿著兩種媒質(zhì)的界面?zhèn)鞑サ木哂锌v波和橫波的雙重性質(zhì)的波。表面波可以看成是由平行于表面的縱波和垂直于表面的橫波合成, 振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的軌跡為一橢圓，在距表面1/4波長(zhǎng)深處振幅最強(qiáng)，隨著深度的增加很快衰減，實(shí)際上離表面一個(gè)波長(zhǎng)以上的地方，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅已經(jīng)很微弱了。

3、超聲波傳播的特點(diǎn) 總的來(lái)說(shuō)與可聞波相比,超聲波由于頻率高、波長(zhǎng)短,在傳播過(guò)程中具有許多其特有的性質(zhì): 1)方向性好。由于超聲波的頻率高,其波長(zhǎng)較同樣介質(zhì)中的聲波波長(zhǎng)短得多,衍射現(xiàn)象不明顯,所以超聲波的傳播方向好。

2)能量大。超聲波在介質(zhì)中傳播,當(dāng)振幅相同時(shí),振動(dòng)頻率越高能量越大。因此,它比普通聲波具有大得多的能量。

3)穿透能力強(qiáng)。超聲波雖然在氣體中衰減很強(qiáng),但在固體和液體中衰減較弱。在不透明的固體中,超聲波能夠穿透幾十米的厚度,所以超聲波在固體和液體中應(yīng)用較廣。

4)引起空化作用。在液體中傳播時(shí),超聲波與聲波一樣是一種疏密的振動(dòng)波,液體時(shí)而受拉時(shí)而逐級(jí)壓,產(chǎn)生近于真空或含少量氣體的空穴。在聲波壓縮階段,空穴被壓縮直至崩潰。在空穴崩潰時(shí)產(chǎn)生放電和發(fā)光現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱為空化作用。

也正是這些特點(diǎn)，使得超聲波在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍事等眾多方面都有著及其廣泛的應(yīng)用。

二、實(shí)驗(yàn)過(guò)程 1． 直探頭延遲的測(cè)量

超聲波實(shí)驗(yàn)儀接上直探頭，并把探頭放在CSK-IB試塊的正面，儀器的射頻輸出與示波器第1通道相連，觸發(fā)與示波器外觸發(fā)相連，示波器采用外觸發(fā)方式，適當(dāng)設(shè)置超聲波實(shí)驗(yàn)儀衰減器的數(shù)值和示波器的電壓范圍與時(shí)間范圍，使示波器上看到的波形如圖1.7所示。

在圖1.7中，S稱為始波，t0對(duì)應(yīng)于發(fā)射超聲波的初始時(shí)刻；B1稱為試塊的1次底面回波，t1對(duì)應(yīng)于超聲波傳播到試塊底面，并被發(fā)射回來(lái)后，被超聲波探頭接收到的時(shí)刻，因此t1對(duì)應(yīng)于超聲波在試塊內(nèi)往復(fù)傳播的時(shí)間；B2稱為試塊的2次底面回波，它對(duì)應(yīng)于超聲波在試塊內(nèi)往復(fù)傳播到試塊的上表面后，部分超聲波被上表面反射，并被試塊底面再次反射，即在試塊內(nèi)部往復(fù)傳播兩次后被接收到的超聲波。依次類推，有3次、4次和多次底面反射回波。從示波器上讀出傳播t1和t2，則直探頭的延遲為

t?2t1?t2（結(jié)果為0.4μs）(1.6)2． 脈沖波頻率和波長(zhǎng)的測(cè)量

調(diào)節(jié)示波器時(shí)間范圍，使試塊的1次底面回波出現(xiàn)在示波屏的中央，脈沖波的振幅小于1V。測(cè)量?jī)蓚€(gè)振動(dòng)波峰之間的時(shí)間間隔，則得到一個(gè)脈沖周期的振動(dòng)時(shí)間t，則脈沖波的頻率為f=1/t；已知鋁試塊的縱波聲速為6.32mm/us，則脈沖波在鋁試塊中的波長(zhǎng)為l=6.32t。

3． 波型轉(zhuǎn)換的觀察與測(cè)量 把超聲波實(shí)驗(yàn)儀換上可變角探頭，參照?qǐng)D1.8把探頭放在試塊上，并使探頭靠近試塊背面，使探頭的斜射聲束只打在R2圓弧面上。適當(dāng)設(shè)置超聲波實(shí)驗(yàn)儀衰減器的數(shù)值和示波器的電壓范圍

圖1.8觀察波型轉(zhuǎn)換現(xiàn)象 與時(shí)間范圍。改變探頭的入射角，并在改變的過(guò)程中適當(dāng)移動(dòng)探頭的位置，使每一個(gè)入射角對(duì)應(yīng)的R2圓弧面的反射回波最大。則在探頭入射角由小變大的過(guò)程中，我們可以先后觀察到回波B1、B2和B3；它們分別對(duì)應(yīng)于縱波反射回波、橫波反射回波和表面波反射回波。

讓探頭靠近試塊背面，通過(guò)調(diào)節(jié)入射角調(diào)，使能夠同時(shí)觀測(cè)到回波B1和B2（如圖1.9），且它們的幅度基本相等；再讓探頭逐步靠近試塊正面，則又會(huì)在B1前面觀測(cè)到一個(gè)回波b1，4． 折射角的測(cè)量

確定B1、B2的波型后，可以分別測(cè)量縱波和橫波的折射角。參照?qǐng)D1.10首先讓把探頭的縱波聲束對(duì)正（回波幅度最大時(shí)為正對(duì)位置）CSK-IB試塊上的橫孔A，用鋼板尺測(cè)量正對(duì)時(shí)探頭的前沿到試塊右邊沿的距離LA1；然后向左移動(dòng)探

圖1.9橫波和縱波的測(cè)量 頭，再讓縱波聲束對(duì)正橫孔B，并測(cè)量距離LB1。測(cè)量A和B的水平距離L和垂直距離H，則探頭的折射角為：

?1?tan?1(LB1?LA1?L)(測(cè)為46.6度)H（1.7）

同樣的方法可以測(cè)量橫波的折射角?2。

圖1.10折射角的測(cè)量

5.聲速的直接測(cè)量方法

根據(jù)公式（2.1），當(dāng)利用確定反射體（界面或人工反射體）測(cè)量聲速時(shí)，我們只需要測(cè)量該反射體的回波時(shí)間，就可以計(jì)算得到聲速。而對(duì)于單個(gè)的反射體，得到的反射波如圖2.1所示。能夠直接測(cè)量的時(shí)間包含了超聲波在探頭內(nèi)部的傳播時(shí)間t0，即探頭的延遲。對(duì)于任何一種探頭，其延遲只與探頭本身有關(guān)，而與被測(cè)的材料無(wú)關(guān)。因此，首先需要測(cè)量探頭的延遲，然后才能利用該探頭直接測(cè)量反射體回波時(shí)間。

圖2.1 縱波延遲測(cè)量

（1）直探頭延遲測(cè)量（參看實(shí)驗(yàn)1）。（2）斜探頭延遲測(cè)量

參照?qǐng)D2.2把斜探頭放在試塊上，并使探頭靠近試塊正面，使探頭的斜射聲束能夠同時(shí)入射在R1和R2圓弧面上。適當(dāng)設(shè)置超聲波實(shí)驗(yàn)儀衰減器的數(shù)值和示波器的電壓范圍與時(shí)間范圍。在示波器上同時(shí)觀測(cè)到兩個(gè)弧面的回波B1和B2。測(cè)量它們對(duì)應(yīng)的時(shí)間t1和t2。由于R2=2R2，因此斜探頭的延遲為：

t?2?t1?t2

(2.7)（3）斜探頭入射點(diǎn)測(cè)量

在確定斜探頭的傳播距離時(shí)，通常還要知道斜探頭的入射點(diǎn)，即聲束與被測(cè)試塊表面的相交點(diǎn)，用探頭前沿到該點(diǎn)的距離表示，又稱前沿距離。

參照?qǐng)D2.2把斜探頭放在試塊上，并使探頭靠近試塊正面，使探頭的斜射聲束入射在R2圓弧面上，左右移動(dòng)探頭，使回波幅度最大（聲束通過(guò)弧面的圓心）。這時(shí)，用鋼板尺測(cè)量探頭前沿到試塊左端的距離L，則前沿距離為：

L0?R2?L

(2.8)圖2.2斜探頭延遲和入射點(diǎn)測(cè)量

6.聲速的相對(duì)測(cè)量方法

如果被測(cè)試塊有兩個(gè)確定的反射體，那么通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)反射體回波對(duì) 應(yīng)的時(shí)間差，再計(jì)算出試塊的聲速。這種方法稱為聲速的相對(duì)測(cè)量方法。

對(duì)于直探頭，可以利用均勻厚度底面的多次反射回波中的任意兩個(gè)回波進(jìn)行測(cè)量。

對(duì)于斜探頭，則利用CSK-IB試塊的兩個(gè)圓弧面的回波進(jìn)行測(cè)量。

7.聲束擴(kuò)散角的測(cè)量

如圖3.3所示，利用直探頭分別找到B?1通孔對(duì)應(yīng)的回波，移動(dòng)探頭使回波幅度最大，并記錄該點(diǎn)的位置x0及對(duì)應(yīng)回波的幅度；然后向左邊移動(dòng)探頭使回波幅度減小到最大振幅的一半，并記錄該點(diǎn)的位置x1；同樣的方法記錄下探頭右移時(shí)回波幅度下降到最大振幅一半對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位置x2；則直探頭擴(kuò)散角為：

??2tg?

1|x2?x1|

2L（3.2）

圖3.3 探頭擴(kuò)散角的測(cè)量

對(duì)于斜探頭，首先必須測(cè)量出探頭的折射角?，然后利用測(cè)量直探頭同樣的方法，按下式計(jì)算斜探頭的擴(kuò)散角近似為：

??2tg?1[8.直探頭探測(cè)缺陷深度

|x2?x1|cos2?] 2L（3.3）

在超聲波探測(cè)中，可以利用直探頭來(lái)探測(cè)較厚工件內(nèi)部缺陷的位置和當(dāng)量大小。把探頭按圖3.4位置放置，觀察其波形。其中底波是工件底面的反射回波。

圖3.4直探頭探測(cè)缺陷深度

對(duì)底面回波和缺陷波對(duì)應(yīng)時(shí)間（深度）的測(cè)量，可以采用絕對(duì)測(cè)量方法，也可以采用相對(duì)測(cè)量方法。利用絕對(duì)測(cè)量方法時(shí)，必須首先測(cè)量（或已知）探頭的延遲和被測(cè)材料的聲速，具體方法請(qǐng)參看實(shí)驗(yàn)二直探頭延遲和聲速的絕對(duì)測(cè)量方法。利用相對(duì)測(cè)量方法時(shí)，必須有與被測(cè)材料同材質(zhì)試塊，并已知該試塊的厚度，具體方法請(qǐng)參看實(shí)驗(yàn)二直探頭延遲和聲速的相對(duì)測(cè)量方法。

9.斜探頭測(cè)量缺陷的深度和水平距離

利用斜探頭進(jìn)行探測(cè)時(shí)，如果測(cè)量得到超聲波在材料中傳播的距離為S，則其深度H和水平距離L為：

H?S?tan(?)

L?S?ctan(?)

其中?是斜探頭在被測(cè)材料中的折射角。

(3.4)(3.5)要實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷進(jìn)行定位，除了必須測(cè)量（或已知）探頭的延遲、入射點(diǎn)外，還必須測(cè)量（或已知）探頭在該材質(zhì)中的折射角和聲速。通常我們利用與被測(cè)材料同材質(zhì)的試塊中兩個(gè)不同深度的橫孔對(duì)斜探頭的延遲、入射點(diǎn)、折射角和聲速進(jìn)行測(cè)量。參看圖3.5，A、B為試塊中的兩個(gè)橫孔，讓斜探頭先后對(duì)正A和B，測(cè)量得到它們的回波時(shí)間tA、tB，探頭前沿到橫孔的水平距離分別為xA、xB，已知它們的深度為HA、HB，則有：

圖3.5斜探頭參數(shù)測(cè)量

S?xB?xA

(3.6)(3.7)(3.8)(3.9)H?HB?HA

折射角： ??tan?1(c?S)

H聲速：

H

(tB?tA)cos(?)HB

c?cos(?)延遲：

t0?tB?(3.10)前沿距離：L0?H?tan(?)?xB（測(cè)為9.15cm）

(3.11)

三、超聲波技術(shù)的應(yīng)用

1、超聲波傳感器

由于許多儀器及控制應(yīng)用中均涉及到超聲波傳感器，尤其是在流量測(cè)量，材料無(wú)損檢驗(yàn)及物位測(cè)量等方面，超聲波傳感器的應(yīng)用尤為普遍。所以，在此首先簡(jiǎn)要的介紹一下超聲波傳感器。

廣義上來(lái)講，它是在超聲頻率范圍內(nèi)將交變的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)或者將外界聲場(chǎng)中的聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的能量轉(zhuǎn)換器件，又稱為超聲波換能器或者超聲波探頭。

超聲波傳感器分為發(fā)射換能器和接收換能器，既能發(fā)射超聲波又能接受發(fā)射出去的超聲波的回波。發(fā)射換能器利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，而接收換能器則是利用壓電效應(yīng)。超聲換能器的種類很多，按照其結(jié)構(gòu)可分為直探頭(縱波)、斜探頭(橫波)、表面波探頭、雙探頭(一個(gè)發(fā)射，一個(gè)接 收)、聚焦探頭(將聲波聚集成一束)、水浸探頭(可浸在液體中)以及其它專用探頭。按照實(shí)現(xiàn)超聲換能器機(jī)電轉(zhuǎn)換的物理效應(yīng)的不同可將換能器分為電動(dòng)式、電磁式、磁致式、壓電式和電致伸縮式等。

超聲波換能器的材料也有多種選擇，某些電介質(zhì)(例如晶體、陶瓷、高分子聚合物等)在其適應(yīng)的方向施加作用力時(shí)，內(nèi)部的電極化狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，在電介質(zhì)的某相對(duì)兩表面內(nèi)會(huì)出現(xiàn)與外力成正比的符號(hào)相反的束縛電荷，這種由于外力作用使電介質(zhì)帶電的現(xiàn)象叫做壓電效應(yīng)。相反地，若在電介質(zhì)上加一外電場(chǎng)，在此電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)內(nèi)部電極化狀態(tài)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，產(chǎn)生與外加電場(chǎng)強(qiáng)度成正比的應(yīng)變現(xiàn)象，這一現(xiàn)象叫做逆壓電效應(yīng)。壓電材料是壓電換能器的研制、應(yīng)用和發(fā)展的關(guān)鍵。大致可分為五類：壓電單晶體、壓電多晶體、壓電半導(dǎo)體、壓電高分子聚合物、復(fù)合壓電材料。其中壓電陶瓷是壓電多晶體材料，這類壓電陶瓷為實(shí)心，均勻和一體的壓電功能材料，具有優(yōu)良的壓電性能。壓電陶瓷自問(wèn)世以來(lái)，至今已有30多年歷史。無(wú)論在材料基礎(chǔ)研究方面或是在應(yīng)用方面，都獲得了飛速的發(fā)展。由于壓電陶瓷的出現(xiàn)，開辟了壓電材料的廣闊前景，也使壓電換能器的理論發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用提高到一個(gè)新的高度。壓電陶瓷是當(dāng)今最有可為的壓電材料，目前在壓電材料中無(wú)論數(shù)量上還是質(zhì)量上均處于支配地位，其原因是它有如下優(yōu)點(diǎn)：

(l)所用原材料價(jià)廉且易得；(2)具有非水溶性，遇潮不易損壞；(3)壓電性能優(yōu)越；

(4)品種繁多，性能各異，可滿足不同的設(shè)計(jì)要求；(5)機(jī)械強(qiáng)度好，易于加工成各種不同的形狀和尺寸；

(6)采用不同的形狀和不同的電極化軸，可以得到所需的各種振動(dòng)模式；(7)制作工藝較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期較短，價(jià)格適中。根據(jù)不同的實(shí)際應(yīng)用情況，超聲波傳感器產(chǎn)生不同頻率。如應(yīng)用在流量測(cè)量領(lǐng)域，聲波的頻率在30kHz到5MHz之間；應(yīng)用在物位測(cè)量領(lǐng)域時(shí)，聲波的頻率會(huì)低一些，一般在30kHz到200kHz之間；而當(dāng)應(yīng)用在檢測(cè)裝置（如測(cè)厚儀和探傷檢驗(yàn)裝置）上時(shí)，聲波的頻率范圍很廣，但是總體上來(lái)說(shuō)要比用于其它領(lǐng)域時(shí)高很多。

2、超聲波測(cè)距

超聲波因其指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，而經(jīng)常用于進(jìn)行各種測(cè)量。如利用超聲波在水中的發(fā)射，可以測(cè)量水深、液位等．利用超聲波測(cè)距，使用單片機(jī)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)合理，計(jì)算處理也較方便，測(cè)量精度能達(dá)到各種場(chǎng)合使用的要求。

3、超聲波在醫(yī)療方面的應(yīng)用

醫(yī)學(xué)上最早利用超聲波是在1942年，奧地利醫(yī)生杜西克首次用超聲技術(shù)掃描腦部結(jié)構(gòu)；以后到了60年代醫(yī)生們開始將超聲波應(yīng)用于腹部器官的探測(cè)【14】。如今超聲波掃描技術(shù)已成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷不可缺少的工具。

醫(yī)學(xué)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(shí)會(huì)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?yàn)槿梭w各種組織的形態(tài)與結(jié)構(gòu)是不相同的，因此其反射與折射以及吸收超聲波的程度也就不同，醫(yī)生們正是通過(guò)儀器所反映出的波型、曲線，或影象的特征來(lái)辨別它們。此外再結(jié)合解剖學(xué)知識(shí)、正常與病理的改變，便可診斷所檢查的器官是否有病。

目前，醫(yī)生們應(yīng)用的超聲診斷方法有不同的形式，可分為A型、B型、M型及D型四大類。A型：是以波形來(lái)顯示組織特征的方法，主要用于測(cè)量器官的徑線，以判定其大小?？捎脕?lái)鑒別病變組織的一些物理特性，如實(shí)質(zhì)性、液體或是氣體是否存在等。

B型：用平面圖形的形式來(lái)顯示被探查組織的具體情況。檢查時(shí)，首先將人體界面的反射信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)弱不同的光點(diǎn)，這些光點(diǎn)可通過(guò)熒光屏顯現(xiàn)出來(lái)，這種方法直觀性好，重復(fù)性強(qiáng)，可供前后對(duì)比，所以廣泛用于婦產(chǎn)科、泌尿、消化及心血管等系統(tǒng)疾病的診斷。

M型：是用于觀察活動(dòng)界面時(shí)間變化的一種方法。最適用于檢查心臟的活動(dòng)情況，其曲線的動(dòng)態(tài)改變稱為超聲心動(dòng)圖，可以用來(lái)觀察心臟各層結(jié)構(gòu)的位置、活動(dòng)狀態(tài)、結(jié)構(gòu)的狀況等，多用于輔助心臟及大血管疫病的診斷。D型：是專門用來(lái)檢測(cè)血液流動(dòng)和器官活動(dòng)的一種超聲診斷方法，又稱為多普勒超聲診斷法?？纱_定血管是否通暢、管腔有否狹窄、閉塞以及病變部位。新一代的D型超聲波還能定量地測(cè)定管腔內(nèi)血液的流量。近幾年來(lái)科學(xué)家又發(fā)展了彩色編碼多普勒系統(tǒng)，可在超聲心動(dòng)圖解剖標(biāo)志的指示下，以不同顏色顯示血流的方向，色澤的深淺代表血流的流速?，F(xiàn)在還有立體超聲顯象、超聲CT、超聲內(nèi)窺鏡等超聲技術(shù)不斷涌現(xiàn)出來(lái)，并且還可以與其他檢查儀器結(jié)合使用，使疾病的診斷準(zhǔn)確率大大提高。超聲波技術(shù)正在醫(yī)學(xué)界發(fā)揮著巨大的作用，隨著科學(xué)的進(jìn)步，它將更加完善，將更好地造福于人類。

結(jié)語(yǔ)：

超聲學(xué)是一門應(yīng)用性和邊緣性很強(qiáng)的學(xué)科，從它一百多年來(lái)的發(fā)展可以看出，超聲學(xué)是隨著它在國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)、基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域中應(yīng)用的不斷深入而得到發(fā)展的。它不斷借鑒電子學(xué)、材料科學(xué)、光學(xué)、固體物理等其他學(xué)科的內(nèi)容，而使自己更加豐富。同時(shí)，超聲 學(xué)的發(fā)展又為這些學(xué)科的發(fā)展提供了一些重要器件和行之有效的研究手段。如超聲探傷和超聲成像技術(shù)都是借鑒了雷達(dá)的原理和技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的，而超聲的發(fā)展又為電子學(xué)、光電子學(xué)、雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展提供了超聲延遲線、濾波器、卷積器、聲光調(diào)制器等重要的體波和表面波器件。通過(guò)這次的實(shí)驗(yàn)，我對(duì)超聲波的各方面都有了一定的了解，我相信這對(duì)我以后的學(xué)習(xí)和運(yùn)用都有很大的幫助，另外，雖然我沒有參加物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽，但是自己用超聲波弄了一個(gè)非接觸式體溫計(jì)，雖然做得不太好，但也算是超聲波傳感器的一種應(yīng)用吧。

參考文獻(xiàn)：

1、《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》牛原

2、百度百科-超聲波原理和應(yīng)用

3、搜搜百科-超聲波原理和應(yīng)用

第三篇：科技小論文3篇：光合作用原理

科技小論文3篇：光合作用原理

夏一芃 五（2）班

星期日的早晨，媽媽帶我去公園玩，陽(yáng)光照在臉上，感到火辣辣的，汗水浸濕了我的衣衫。我抵受不住炎熱，就和媽媽走到樹蔭下乘涼。大樹濃密的樹葉擋住了強(qiáng)烈的陽(yáng)光，我頓時(shí)感到舒服極了。

炎熱漸漸散去，我不禁抬頭，望著那濃密的樹蔭，心里萌生出了一個(gè)疑問(wèn)：大樹是怎么長(zhǎng)得又高又大的呢？莫非和人類一樣也靠空氣和水？回到家后，帶著這個(gè)想法，我打開電腦，查出了有關(guān)資料：原來(lái)，植物生長(zhǎng)靠的是光合作用。那個(gè)原理比較復(fù)雜。后來(lái)我問(wèn)哥哥，最后總結(jié)出光合作用主要就是植物在陽(yáng)光和葉綠體中的色素的催化下，體內(nèi)的二氧化碳和水發(fā)生了神奇的變化，生成了氧氣和淀粉。我終于明白了，怪不得植物那么喜歡陽(yáng)光，怪不得我們要多種樹，原來(lái)大樹在太陽(yáng)的幫助下，能夠吸收我們呼出的二氧化碳，生成供我們呼吸的氧氣?？磥?lái)大樹真是我們?nèi)祟惖暮门笥寻　?/p>

其實(shí)，科學(xué)在我們生活中無(wú)處不在，只要你有一雙善于發(fā)現(xiàn)的眼睛，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，科學(xué)原來(lái)這位么有趣。

一個(gè)小小雞蛋，力量卻很大大

現(xiàn)在，雞蛋已成為我們每天早餐的必需品。

今天我依舊懶洋洋的起床，吃著老媽給我煮的雞蛋看，我一時(shí)無(wú)聊就拿起雞蛋玩弄了起來(lái)，可是我發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題：豎著捏雞蛋雞蛋不會(huì)碎！

我的好奇心又在做怪了，帶著滿肚子的疑問(wèn)上網(wǎng)查了原因。

原來(lái)，雞蛋的殼是一個(gè)拱形。受到重壓之后，雞蛋的受力點(diǎn)向雞蛋的表面均勻地分散壓力，受力均勻后，雞蛋的表面每個(gè)地方受到的力量就變小了。所以，雞蛋才能承受住極大的壓力而不破碎。但是，一旦超過(guò)最大的受力標(biāo)準(zhǔn)，雞蛋也會(huì)破碎。

我也用實(shí)際行動(dòng)來(lái)證明了。我在雞蛋上放了一本書，在書上放了好幾塊石頭，2塊、3塊、4塊........終于我放下第7個(gè)的時(shí)候雞蛋破了！

現(xiàn)在我明白了雞蛋雖小但是力量卻很大，我們要細(xì)心觀察周圍的任何每一個(gè)細(xì)微的事物，不要猶豫，跟我一起做起來(lái)吧，做一個(gè)生活的“小偵探”吧?。?！

602 盛煒康

植物的生長(zhǎng)不一定需要突然的栽培

媽媽把家里搞成了一個(gè)小花園，花盆里裝滿了肥沃的泥土，各種各樣的植物正生氣勃勃地?zé)òl(fā)著活力。蘆薈綠得極艷，仿佛是一種液體的綠色，好像能擰出水來(lái)。紫薇花也欣然怒放，紫色的小花在一片草綠中透露著紫色的信號(hào)。一品紅正如它的名字一樣，紅得似霞，深紅色的花瓣下點(diǎn)綴著幾片綠葉。我開始疑惑了：植物的生長(zhǎng)必須依靠土壤嗎？

于是，我找來(lái)兩個(gè)塑料杯，在一只中盛上半杯水，放入三顆綠豆；另一只杯子中先放入1/4杯的泥土，放入一顆綠豆，再覆上土，壓實(shí)，放在陽(yáng)光可照射之處。

一天已經(jīng)過(guò)去了，水里的綠豆沒有發(fā)生太多的變化，但埋在泥土里的綠豆已發(fā)了芽，彎彎地貼著杯壁，正面看過(guò)去似乎是數(shù)字中的“6”。

過(guò)了兩天，綠豆的動(dòng)靜越來(lái)越大，綠豆竟褪了皮，發(fā)了芽，樣子頗似小蝌蚪。而放在泥土里的綠豆的芽已經(jīng)有3-4厘米長(zhǎng)了。

又過(guò)去了兩天，綠豆的差距越來(lái)越明顯。泡在水中的綠豆仍只有約莫摸1厘米左右長(zhǎng)的芽?jī)?，但在泥土中的綠豆的芽?jī)阂哑仆炼觯冻隽诵∧X袋，似乎在驚喜地打量世界。

距離種下綠豆已有一周多時(shí)間，但現(xiàn)在的局勢(shì)大有不同。在水里的綠豆因喝足了水，而長(zhǎng)得越發(fā)粗壯，但現(xiàn)在的埋在土里的綠豆?fàn)顩r大不如前，因?yàn)橥寥捞^(guò)干燥而干枯，鉆出泥土約有4厘米的芽?jī)阂选八痹诹送恋厣稀?/p>

我上網(wǎng)查了資料，才發(fā)現(xiàn)，原來(lái)植物必須的幾個(gè)條件分別是：適宜的溫度、陽(yáng)光、空氣與水份。當(dāng)植物離開這些條件是便會(huì)死亡。

事實(shí)證明：植物的生長(zhǎng)不一定需要突然的栽培。這使我解開了心中的謎團(tuán)。

第四篇：靜電的原理(科技小論文)

靜電的原理（科技小論文）

學(xué)校： 班級(jí)： 姓名：

人可以在燈光的照耀下，在舞臺(tái)上翩翩起舞，那小紙屑能不能在樂曲的伴奏下，在塑料板上跳起舞來(lái)呢？讓我們來(lái)做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)。首先，我們準(zhǔn)備一些小紙屑和一根塑料棒，把小紙屑放在桌子上，再把塑料棒在身上來(lái)回摩擦多次，然后馬上用摩擦過(guò)的塑料棒去吸小紙屑，這時(shí)候，奇跡出現(xiàn)了，小紙屑穿著美麗的衣裳，開始偏偏起舞了。這是為什么呢？我從電腦里得到了答案。

靜電是一種相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)的電荷，物質(zhì)都是有分子構(gòu)成的，分子是由原子構(gòu)成。原子中帶有負(fù)電荷的電子和帶正電荷的質(zhì)子構(gòu)成，在正常情況下，一個(gè)原子的質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)數(shù)量相同，正負(fù)平衡，所以對(duì)外表現(xiàn)出不帶電的想象。但是電子環(huán)繞在原子核的周圍，一經(jīng)外力即脫離軌道，離開原來(lái)的原子A而侵入其他的原子B，A原子因缺少電子數(shù)電子數(shù)而帶有正電現(xiàn)象，稱為陽(yáng)離子，B原子因增加電子數(shù)而呈帶負(fù)電現(xiàn)象，稱為陰離子。造成不平衡電子分布的原因即是電子受外力而脫離軌道，這個(gè)外力包含各種能量（如動(dòng)能、位能、熱能、化學(xué)能等）。在日常生活中，任何兩個(gè)不同材質(zhì)的物體接觸后再分離，即可產(chǎn)生靜電。當(dāng)兩個(gè)不同的物體相互接觸時(shí)就會(huì)使得一個(gè)物體失去一些電荷如電子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體使其帶正電，而另一個(gè)體得到一些剩余電子帶負(fù)電。若在分離的過(guò)程中電荷難以中和，電荷就會(huì)積累使物體帶上靜電。所以物體與其他物體間會(huì)“接觸分離”起電，在日常生活中脫衣服產(chǎn)生的靜電也是“接觸分離”起電。

固體、液體甚至氣體都會(huì)因“接觸分離”而帶上靜電。這是因?yàn)闅怏w也是由分子、原子組成，流動(dòng)空氣中的分子、原子也會(huì)發(fā)生“接觸分離”而起電。

一開始，我不知道靜電在生活中有什么用處。但是吧，媽媽告訴了我：“靜電的利用：靜電除塵、靜電噴涂、靜電植絨、靜電復(fù)印、凈化空氣等?！?靜電除塵可以消除煙氣中的煤塵，靜電復(fù)印可以迅速、方 便的圖書、資料、文字復(fù)印下來(lái)。沒想到，靜電還有那么多的道理。

第五篇：超聲波探傷在鐵軌中的應(yīng)用小論文

一、超聲波傳感器在鐵路鋼軌探傷中的應(yīng)用

二、設(shè)計(jì)的目的：

1）掌握超聲波傳感器的原理及應(yīng)用。2）掌握鐵路鋼軌探傷高速檢測(cè)的方法。

3）通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)理論、知識(shí)、技能分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

三、設(shè)計(jì)技術(shù)要求：

１）在線探測(cè)速度：大于80km/h。

2）鋼軌頭部橫向疲勞裂紋（核傷）報(bào)警：小于ф5mm平底孔當(dāng)量； 鋼軌頭部縱向疲勞裂紋報(bào)警：小于10mm當(dāng)量；鋼軌腰部斜裂紋長(zhǎng)度報(bào)警：小于10mm當(dāng)量。3）探輪自動(dòng)對(duì)中精度：小于20%。4）使用溫度：-40-+70°C。

四、畢業(yè)設(shè)計(jì)完成的具體內(nèi)容 1）實(shí)習(xí)、搜集資料；

2）選擇設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)實(shí)體電路； 3）繪出電信號(hào)處理電路； 4）繪制電氣原理圖；

5）對(duì)所用元器件進(jìn)行計(jì)算選擇，列寫元器件材料表； 6）主要參考資料。

五、主要參考文獻(xiàn) 《自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用》

無(wú)損檢測(cè)(No ndest ruct ive test，NDT)是指不破壞和損傷受檢物體，對(duì)其性能、質(zhì)量、有無(wú)內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)的一種技術(shù)。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是提高產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步不可缺少的手段，特別隨著新材料、新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，各種結(jié)構(gòu)零件向高參量、大容量方向發(fā)展，不僅要提高缺陷檢測(cè)的準(zhǔn)確率和可靠性，而且要把傳統(tǒng)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢測(cè)的數(shù)字化、圖像化、實(shí)時(shí)化、智能化。

工業(yè)上常用的無(wú)損檢測(cè)方法有五種：超聲檢測(cè)(UT)、射線探傷(RT)、滲透探查(PT)、磁粉檢測(cè)(MT)和渦流檢測(cè)(ET)。其中超聲檢測(cè)是利用超聲波的透射和反射進(jìn)行檢測(cè)的。超聲波可以穿透無(wú)線電波、光波無(wú)法穿過(guò)的物體，同時(shí)又能在兩種特性阻抗不同的物質(zhì)交界面上反射，當(dāng)物體內(nèi)部存在不均勻性時(shí)，會(huì)使超聲波衰減改變，從而可區(qū)分物體內(nèi)部的缺陷。因此，在超聲檢測(cè)中，發(fā)射器發(fā)射超聲波的目的是超聲波在物體遇到缺陷時(shí)，一部分聲波會(huì)產(chǎn)生反射，發(fā)射和接收器可對(duì)反射波進(jìn)行分析，精確地測(cè)出缺陷來(lái)，并顯示出內(nèi)部缺陷的位置和大小，測(cè)定材料厚度等。

超聲檢測(cè)作為一種重要的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)不僅具有穿透能力強(qiáng)、設(shè)備簡(jiǎn)單、使用條件和安全性好、檢測(cè)范圍廣等根本性的優(yōu)點(diǎn)外，而且其輸出信號(hào)是以波形的方式體現(xiàn)。使得當(dāng)前飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)信號(hào)處理、模式識(shí)別和人工智能等高新技術(shù)能被方便地應(yīng)用于檢測(cè)過(guò)程，從而提高檢測(cè)的精確度和可靠性。

超聲波無(wú)損探傷(NDI)是超聲無(wú)損檢測(cè)的一種發(fā)展與應(yīng)用，其設(shè)備有：超聲探傷儀、探頭、藕合劑及標(biāo)準(zhǔn)試塊等。其用途是檢測(cè)鑄件縮孔、氣泡、焊接裂紋、夾渣、未熔合、未焊透等缺陷及厚度測(cè)定。

超聲無(wú)損檢測(cè)在最近幾十年中得到了較大的進(jìn)展,它已成為材料或結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)中常用的手段。由于超聲檢測(cè)可以在線進(jìn)行、超聲波對(duì)人體無(wú)害又不改變系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，因此，在材料或結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

超聲探傷原理

超聲探傷是無(wú)損檢測(cè)的主要方法之一。它能非破壞性地探測(cè)材料性質(zhì)及內(nèi)部和表面缺陷(如裂紋、氣泡、夾渣等)的大小、形成和分布情況，具有靈敏度高、穿透力強(qiáng)、檢測(cè)速度快和設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低等一系列特點(diǎn)。

1.1 基本原理

超聲波探傷具有反射和透射兩種方法。其中反射方法精確度較高。圖1 是脈沖回波探傷儀原理圖。脈沖發(fā)射器通過(guò)探頭將超聲波短脈沖送入試件，當(dāng)回波從試件的缺陷或邊界返回時(shí)，通過(guò)信號(hào)處理系統(tǒng)，在示波器上加以顯示，并將其幅度和傳播時(shí)間顯示出來(lái)。如果已知試件中的聲速，則根據(jù)示波器上的讀數(shù)所獲得的脈沖間的傳輸時(shí)間即可獲得缺陷的深度。

圖1 脈沖回波探傷儀原理圖。

1.2 探傷分類

超聲探傷方法很多，可以按不同的方式進(jìn)行分類。

現(xiàn)將幾種常用的分類方法介紹如下。

(1)按原理分類

按探傷原理分類可分為脈沖反射法、穿透法和共振法。脈沖反射法是一種利用超聲波探頭發(fā)射脈沖到被檢測(cè)試塊內(nèi)，根據(jù)反射波的情況來(lái)檢測(cè)試件缺陷的方法。脈沖反射法又包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法等。

(2)按耦合方式分類

按耦合方式分類如圖2 所示。

圖2 按耦合方式探傷分類圖。

(3)按探傷顯示方法分類

按探傷顯示方法分類可分為A 型顯示，B 型顯示與C 型顯示。其中A 型顯示只顯示缺陷的深度： B 型顯示探傷儀，可顯示工件內(nèi)部缺陷的橫斷面形狀，此時(shí)示波器橫坐標(biāo)代表探頭在工件面上的位置，縱坐標(biāo)代表缺陷的深度。探頭沿工件移動(dòng)與示波管掃描線的水平移動(dòng)是同步的，為使圖象保留在熒光屏上，應(yīng)選用長(zhǎng)余輝示波管，且探頭移動(dòng)速度不能太快： C 型顯示探傷儀,可以顯示工件內(nèi)部缺陷的平面圖形。

(4)按智能方式分類

上述探傷方法如由人工操作，則為人工探傷。如使試樣或探頭移動(dòng)，在它的移動(dòng)中利用超聲波自動(dòng)地檢測(cè)缺陷并予以顯示或指示(噴色)的方式，稱為超聲自動(dòng)探傷。自動(dòng)探傷要有探傷儀(帶閘門裝置)，顯示裝置，探頭及其夾持機(jī)構(gòu)。根據(jù)探頭設(shè)置方式的不同還可大致分為如下幾種探傷方式：直接接觸方式，此方式只用在探傷速度不高且表面光滑的場(chǎng)合，如軌道、無(wú)縫鋼管和軸等： 局部水浸方式是超聲探傷中最適用的方式，還可細(xì)分為其他方式，但原理是同樣的： 全水浸方式用于工件的某部分(如粘結(jié)層)或管類的精密探傷，當(dāng)水槽機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成可以進(jìn)行自動(dòng)探傷的情況下，除去工件的裝卸以外，探傷可以全部自動(dòng)化，如果工件加工精度高，而且水槽內(nèi)架設(shè)的探頭夾持機(jī)構(gòu)、移動(dòng)架的精度也高，則探傷的精度也高。

超聲探傷技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1 機(jī)車檢測(cè)方面的應(yīng)用

2.1.1 在高速鋼軌檢測(cè)中的應(yīng)用

我國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)線路近七萬(wàn)公里，而且鐵路正在向高速、重載的方向發(fā)展。超期服役的鋼軌數(shù)量很大，線路上的鋼軌在承擔(dān)繁重的運(yùn)輸任務(wù)過(guò)程中，不免要產(chǎn)生各種肉眼能看見及看不見的損傷如側(cè)磨、軌頭壓潰、剝離掉塊、銹蝕、核傷、水平裂紋、垂直裂紋、周邊裂紋等。

如圖3 所示，當(dāng)被檢鋼軌內(nèi)部有一個(gè)裂紋缺陷(或其他缺陷)，將超聲波探頭放在被檢鋼軌的某一表面部位(該面稱作探傷面、檢測(cè)面)，探頭向被檢鋼軌發(fā)射超聲波信號(hào)，超聲波穿過(guò)界面進(jìn)入被檢鋼軌內(nèi)部，在遇到缺陷和兩介質(zhì)的界面時(shí)都會(huì)有反射，反射信號(hào)被探頭接收后，通過(guò)探傷儀內(nèi)部的電路轉(zhuǎn)換，就可以把缺陷信號(hào)和底波信號(hào)形象地顯示出來(lái)，如圖4 所示。根據(jù)超聲波的聲程推算，就可以輕易地將缺陷信號(hào)和底波信號(hào)區(qū)分開，然后通過(guò)超聲波試塊進(jìn)行定標(biāo)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼軌缺陷的定位和定量。

圖3 超聲探傷示意圖。

圖7 輪輞人工模擬缺陷探傷。

2.3 焊接方面的應(yīng)用

采用超聲相控陣技術(shù)及B 掃描實(shí)時(shí)成像技術(shù)，通過(guò)足夠數(shù)量的探頭排列和觸發(fā)時(shí)間控制，并選用不同頻率范圍，可以實(shí)現(xiàn)嵌入式電阻絲電熔連接接頭的檢測(cè)。

通過(guò)對(duì)比超聲圖像與接頭實(shí)剖圖，發(fā)現(xiàn)該方法能可靠地檢出物體中的缺陷，并能較精確地確定缺陷位置和大小。在聚乙烯管道安裝工程中的檢測(cè)進(jìn)一步驗(yàn)證了該技術(shù)的可靠性。

檢測(cè)示意圖如圖10 所示。超聲相控陣檢測(cè)結(jié)合B掃描技術(shù)可以判斷檢測(cè)截面上電阻絲的位置，從而可以判斷由于管材和套筒配合過(guò)緊造成的電阻絲垂直方向的錯(cuò)位情況，從實(shí)剖圖上得到驗(yàn)證如圖11 所示，比較超聲成像圖和實(shí)剖圖可以看出，相控陣超聲方法對(duì)金屬絲有較好的分辨效果，連很微小的位移也能分辨出來(lái)，定位精度達(dá)0.5 mm。

圖10 焊接檢測(cè)示意圖。

圖11 電阻絲錯(cuò)位圖。

超聲相控陣技術(shù)及B 掃描實(shí)時(shí)成像方法對(duì)聚乙烯管電熔接頭各類缺陷有較好的檢出能力。對(duì)大量含缺陷電熔接頭進(jìn)行檢測(cè)和試驗(yàn)研究，對(duì)比超聲成像圖和實(shí)剖圖，發(fā)現(xiàn)該方法對(duì)于聚乙烯電熔接頭的各類缺陷均有較高的檢測(cè)靈敏度和檢出精度。通過(guò)城鎮(zhèn)聚乙烯燃?xì)夤艿腊惭b工程檢測(cè)實(shí)踐，驗(yàn)證該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)嵌入式電阻絲電熔連接接頭的檢測(cè)。

結(jié) 語(yǔ)

現(xiàn)代意義的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是隨著各種科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。超聲檢測(cè)作為無(wú)損檢測(cè)的一種重要方法和熱點(diǎn)研究，主要集中在研制適應(yīng)性強(qiáng)、靈敏度高的探頭： 為判斷缺陷性質(zhì)而對(duì)各種缺陷數(shù)學(xué)模型的建立： 缺陷的檢出和信號(hào)分析技術(shù)： 無(wú)損*價(jià)的量化研究以及拓展超聲檢測(cè)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。它的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)平面型缺陷十分敏感，一經(jīng)探傷便知結(jié)果，易于攜帶，多數(shù)超聲探傷儀不必外接電源，穿透力強(qiáng)。局限性是藕合傳感器要求被檢表面光滑，難于探出細(xì)小裂縫，要有參考標(biāo)準(zhǔn)，為解釋信號(hào)要求檢驗(yàn)人員素質(zhì)高。

超聲檢測(cè)技術(shù)未來(lái)將會(huì)向著以下幾個(gè)方面發(fā)展:

(1)向高精度、高分辨率方向發(fā)展。

(2)高溫條件下的測(cè)量明顯增多，在線檢測(cè)、動(dòng)態(tài)檢測(cè)增多。

(3)在若干領(lǐng)域向超聲無(wú)損*價(jià)發(fā)展，使得超聲檢測(cè)內(nèi)容有了新的內(nèi)涵。如超聲檢測(cè)技術(shù)與斷裂力學(xué)相結(jié)合，對(duì)重要構(gòu)件進(jìn)行剩余壽命*價(jià)： 超聲檢測(cè)技術(shù)與材料科學(xué)相結(jié)合，對(duì)材料進(jìn)行物理*價(jià)。

(4)在無(wú)損檢測(cè)方面向定量化、圖像化方向發(fā)展,超聲檢測(cè)系統(tǒng)將進(jìn)一步數(shù)字化、圖像化、自動(dòng)化、智能化。

(5)現(xiàn)代信息處理技術(shù)如數(shù)值分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊技術(shù)、遺傳算法、虛擬儀器技術(shù)將廣泛應(yīng)用于超聲檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

隨著各種科學(xué)技術(shù)在超聲檢測(cè)及探傷中的不斷深入應(yīng)用，相信超聲檢測(cè)作為許多領(lǐng)域產(chǎn)品質(zhì)量保證的重要手段之一必將得到更多的關(guān)注與提高。