第一篇：超聲波消泡脫氣的應(yīng)用

超聲波消泡脫氣的應(yīng)用

水處理

溶于水和氧氣是一種罪強烈的能使熱力設(shè)備或其他設(shè)備生銹和損壞金屬器皿的腐蝕劑。脫氣不善時，在熱力設(shè)備中氧氣的作用，會影響到高壓系統(tǒng)、節(jié)水器等。因此，在高壓鍋爐用水中，標準含氧的濃度為零。在很多情形下，采用超聲脫氣器時，可以使水的脫氣達到很徹底地地步，使設(shè)備不會遭到腐蝕。

利用超聲波來除去濃硝酸的二氧化氮，當(dāng)頻率在60KHz附近時，脫氣（漂白）的效果最好。把玻璃容器放在強超聲場內(nèi)而后觀察容器中的濃硝酸的脫氣過程是很方便的。酸內(nèi)的二氧化氮使酸呈褐色，二氧化氮的濃度愈高，則溶液顏色愈暗。當(dāng)酸完全變?yōu)闊o色時，就可以認為，脫氣作用已進行完了。通常脫氣作用在2-3min內(nèi)就能進行完畢。

啤酒的發(fā)泡

啤酒裝入瓶子的過程中需要使啤酒發(fā)泡，如果不使瓶子內(nèi)空的地方被二氧化碳占領(lǐng)，酒將氧化成乙醛，使啤酒在儲藏中變得不好吃。以前，在啤酒灌人瓶中之后，將瓶放在一個敲打裝置上，一瓶一瓶地敲打進行發(fā)泡，每批處理數(shù)百瓶，生產(chǎn)效率非常低，而且，在敲打瓶子時會發(fā)出噪聲，瓶中也會有被打壞的危險。

現(xiàn)在有人對超聲發(fā)泡進行了研究，當(dāng)把超聲波由瓶子的外側(cè)對啤酒進行照射時，發(fā)泡迅速進行，如果立即加蓋，啤酒的質(zhì)量均一，瓶子的破損也少?，F(xiàn)在各國的啤酒公司都在對超聲波功率、頻率、照射方法等進行研究，并使之實用化。清涼飲用水的脫泡

汽水裝瓶時，蓋子蓋得是否嚴密，以前都是采用加溫的方法進行檢查的。因為蓋子蓋得不嚴密的瓶子在加溫時，瓶子內(nèi)會劇烈地發(fā)泡，根據(jù)這一點便可挑出次品。在生產(chǎn)量很大的工廠里，采用這種加溫的方法無淪是從效率上，還是從經(jīng)濟上，或是從設(shè)備占有面積上來看都是不利的，采用超聲的方法可以實現(xiàn)良好的檢測結(jié)果，把裝人汽水并加蓋后的瓶子用傳送帶輸送，當(dāng)超聲波從瓶子的底面照射時，瓶內(nèi)發(fā)泡，空處與液體中的氣壓達到平衡狀態(tài)。然后這個瓶子在另一個地方第二次受到超聲波照射時，根據(jù)是否發(fā)泡來區(qū)別產(chǎn)品的好壞。伴隨著脫氣、消泡，超聲波能夠同時產(chǎn)生脫臭的作用。例如當(dāng)超聲波照射到氨基酸臭味強的醬油上時，它的臭味消失，這是由于臭氣成分從醬油里進入空化作用產(chǎn)生的氣泡中，隨氣泡上升被排出液體外的緣故。消泡脫氣技術(shù)在食品行業(yè)的重要性

脫氣是食品工業(yè)中的一項重要操作，通過脫氣不僅可以應(yīng)免空氣中氧氣對食品營養(yǎng)成分的氧化損失，而且有利于后續(xù)的殺菌。

果汁加工，脫氣可以減少或避免果汁成分氧化，減少果汁色澤和風(fēng)味的變化；

罐頭脫氣防止加熱殺菌時，罐內(nèi)氣體及內(nèi)容物的膨脹使罐頭變形損壞；

儲藏期間防止罐內(nèi)壁的腐蝕；

防止內(nèi)容物色澤、香味的變化及微生物、其他營養(yǎng)成分的破壞； 防止好氧性微生物發(fā)育生長；

真空脫氣有助于瓶裝罐頭的瓶蓋密封及防止加熱時瓶蓋的跳脫； 可作為判斷罐頭內(nèi)容物是正常的參考。

在食品、藥品等工業(yè)中，如抗生素和味精的發(fā)酵，酒類、豆制品、洗滌劑、金屬加工冷卻被、有機硅乳液聚合及污水處理等，會產(chǎn)生多種泡沫體系，就要用消泡劑或別的手段將泡沫消除。

消泡振動棒 消泡設(shè)備

第二篇：超聲波檢測技術(shù)及應(yīng)用

超聲波檢測技術(shù)及應(yīng)用

劉贛

（青島濱海學(xué)院，山東省青島市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)266000）

摘 要：無損檢測(nondestructive test)簡稱 NDT。無損檢測就是不破壞和不損傷受檢物體，對它的性能、質(zhì)量、有無內(nèi)部缺陷進行檢測的一種技術(shù)。本文主要講的是超聲波檢測（UT）的工作原理以及在現(xiàn)在工業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：超聲波檢測；縱波；工業(yè)應(yīng)用；無損檢測

1.超聲波檢測介紹 1.1超聲波的發(fā)展史

聲學(xué)作為物理學(xué)的一個分支, 是研究聲波的發(fā)生、傳播、接收和效應(yīng)的一門科學(xué)。在1940 年以前只有單晶壓電材料, 使得超聲波未能得到廣泛應(yīng)用。20 世紀70 年代, 人們又研制出了PLZT 透明壓電陶瓷, 壓電材料的發(fā)展大大地促進了超聲波領(lǐng)域的發(fā)展。聲波的全部頻率為10-4Hz～1014Hz, 通常把頻率為2×104Hz～2×109Hz 的聲波稱為超聲波。超聲波作為聲波的一部分, 遵循聲波傳播的基本定律, 1.2超聲波的性質(zhì)

1）超聲波在液體介質(zhì)中傳播時，達到一定程度的聲功率就可在液體中的物體界面上產(chǎn)生強烈的沖擊（基于“空化現(xiàn)象”）。從而引出了“功率超聲應(yīng)用技術(shù)“例如“超聲波清洗”、“超聲波鉆孔”、“超聲波去毛刺”（統(tǒng)稱“超聲波加工”）等。

2）超聲波具有良好的指向性

3）超聲波只能在彈性介質(zhì)中傳播，不能再真空中傳播。一般檢測中通常把空氣介質(zhì)作為真空處理，所以認為超聲波也不能通過空氣進行傳播。4）超聲波可以在異質(zhì)界面透射、反射、折射和波型轉(zhuǎn)化。5）超聲波具有可穿透物質(zhì)和在物質(zhì)中衰減的特性。

6）利用強功率超聲波的振動作用，還可用于例如塑料等材料的“超聲波焊接”。1.2超聲波的產(chǎn)生與接收

超聲波的產(chǎn)生和接收是利用超聲波探頭中壓電晶體片的壓電效應(yīng)來說實現(xiàn)的。由超聲波探傷儀產(chǎn)生的電振蕩，以高頻電壓形式加載于探頭中壓電晶體片的兩面電極上時，由于逆壓電效應(yīng)的結(jié)果，壓電晶體片會在厚度方向上產(chǎn)生持續(xù)的伸縮變形，形成了機械振動。弱壓電晶體片與焊件表面有良好的耦合時，機械振動就以超聲波形式傳播進入被檢工件，這就是超聲波的產(chǎn)生。反之，當(dāng)壓電晶體片收到超聲波作用而發(fā)生伸縮變形時，正壓電效應(yīng)的結(jié)果會使壓電晶體片兩面產(chǎn)生不同極性的電荷，形成超聲頻率的高頻電壓，以回波電信號的形勢經(jīng)探傷儀顯示，這就是超聲波的接收。1.3超聲波無損檢測的原理

超聲波探傷儀的種類繁多，但在實際的探傷過程，脈沖反射式超聲波探傷儀應(yīng)用的最為廣泛。一般在均勻的材料中，缺陷的存在將造成材料的不連續(xù)，這種不連續(xù)往往又造成聲阻抗的不一致，由反射定理我們知道，超聲波在兩種不同聲阻抗的介質(zhì)的交界面上將會發(fā)生反射，反射回來的能量的大小與交界面兩邊介質(zhì)聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關(guān)。脈沖反射式超聲波探傷儀就是根據(jù)這個原理設(shè)計的。

目前便攜式的脈沖反射式超聲波探傷儀大部分是A掃描方式的，所謂A掃描顯示方式即顯示器的橫坐標是超聲波在被檢測材料中的傳播時間或者傳播距離，縱坐標是超聲波反射波的幅值。譬如，在一個鋼工件中存在一個缺陷，由于這個缺陷的存在，造成了缺陷和鋼材料之間形成了一個不同介質(zhì)之間的交界面，交界面之間的聲阻抗不同，當(dāng)發(fā)射的超聲波遇到這個界面之后，就會發(fā)生反射，反射回來的能量又被探頭接受到，在顯示屏幕中橫坐標的一定的位置就會顯示出來一個反射波的波形，橫坐標的這個位置就是缺陷在被檢測材料中的深度。這個反射波的高度和形狀因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性質(zhì)。1.4超聲波無損檢測的優(yōu)缺點 優(yōu)點：

1）探傷速度快，效率高

2）設(shè)備簡單輕巧，機動性強，野外及高空作業(yè)方便，實用

3）探測結(jié)果不受焊接接頭形式的影響，除對焊接縫外，還能檢查T形接頭及所有角焊縫。

4）對焊縫內(nèi)危險性缺陷（包括裂縫、未焊透、未熔合）檢測靈敏度高 5）易耗品極少，檢查成本低 缺點：

1）若工件表面粗糙，需磨平，人工多

2）探測結(jié)果判定困難，操作人員需經(jīng)專門培訓(xùn)并經(jīng)考核幾個 3）缺陷定型及定量困難

4）探測結(jié)果的正確評定收人為思想束縛的影響較大 5）探測結(jié)果不能直接記錄存檔

6）對于形狀復(fù)雜、表面粗糙、內(nèi)部存在粗晶組織與奧氏體焊縫，探傷困難

2.超聲波檢測的應(yīng)用 2.1陶瓷的無損檢測 2.1.1陶瓷氣孔率的檢測

陶瓷的強度、彈性模量、密度等直接和氣孔率有關(guān), 有些構(gòu)件的氣孔率決定了它能否使用。陶瓷中超聲波的傳遞速度v和氣孔率（或密度）之間也存在某種關(guān)系, 可以通過實測得到v, 再利用式（1）、式（2）求出陶瓷的氣孔率: v?v0(1?p?)???????????（1）v0?E0(1?v)????????（2）

?0(1?v)(1?2v)式中:

v0——陶瓷的氣孔率為零時的理論聲速;p?——陶瓷的氣孔率;E0——陶瓷的彈性模量;?0 ——陶瓷的密度。

將氣孔簡化為隨機取向的橢球, 均勻分布在各向同性的基體中, 用復(fù)合微觀力學(xué)模型計算聲速并和實測值進行比較, 由式（1）計算得到氣孔率。

當(dāng)陶瓷材料的理論密度已知時, 氣孔率可由體密度計算而來。體密度的測量方法很多, 常用的有阿基米德法。陶瓷的內(nèi)部缺陷也可以采用水浸探傷法來檢測, 以水浸縱波垂直探傷法檢測缺陷時, 波束路程可以直接讀出。要檢出微小缺陷時, 可以改用較低頻率的探頭。2.1.2陶瓷表面缺陷檢測

對于陶瓷而言, 同一形狀和尺寸的表面缺陷比內(nèi)部缺陷更容易引起破壞, 因此表面缺陷的檢測特別重要。通常用水浸表面波法檢測陶瓷的表面缺陷, 其原理見圖1。將超聲波(縱波)傾斜入射到浸入水中的被檢物表面, 當(dāng)入射角?c大于第二臨界角?n時, 折射聲波全部沿著工件表面?zhèn)鞑? 形成表面波, 表示為: ?c?arcsin(Cl1/Cr2)??n???????（3）式中:

Cl1——水中的縱波聲速;Cr2——工件水浸表面波聲速。

圖1 水浸表面波法原理

表面波波長比橫波波長短, 衰減也大于橫波。同時, 它僅沿表面?zhèn)鞑? 遇到尖銳轉(zhuǎn)角或棱角時將有強烈反射回波, 曲率越大反射越強。水浸表面波在試塊表面?zhèn)鞑r, 能量可泄漏到水中, 故僅僅傳播數(shù)毫米后, 水浸表面波的反射波高度就顯著降低。鑒于反射波傳遞距離較小的振幅特性, 應(yīng)盡可能使探頭靠近缺陷處。

2.2鉆孔灌注樁的無損檢測 2.2.1檢測原理

采用超聲脈沖檢測混凝土缺陷的基本依據(jù)是，利用脈沖波在技術(shù)條件相同（指混凝土的原材料、配合比、齡期和測試距離一致）的混凝土中傳播的時間（或速度）、接收波的振幅和頻率等聲學(xué)參數(shù)的相對變化來判定混凝土的缺陷。

超聲脈沖波在混凝土中傳播速度的快慢，與混凝土的密實度有直接關(guān)系，對于原材料、配合比、齡期及測試距離一定的混凝土來說，聲速高則混凝土密實，相反則混凝土不密實。當(dāng)有空洞或裂縫存在時，便破壞了混凝土的整體性，超聲脈沖波只能繞過空洞或裂縫傳播到接收換能器，因此傳播的路程增大，測得的聲時必然偏長或聲速降低。另外，由于空氣的聲阻抗率遠小于混凝土的聲阻抗率，脈沖波在混凝土中傳播時，遇到蜂窩、空洞或裂縫等缺陷，便在缺陷界面發(fā)生反射和散射，聲能被衰減，其中頻率較高的成分衰減更快，因此接收信號的波幅明顯降低，頻率明顯減小或頻率譜中高頻成分明顯減少。再者經(jīng)過缺陷反射或繞過缺陷傳播的脈沖波信號與直達波信號之間存在聲程和相位差，疊加后互相干擾，致使接收信號的波形發(fā)生畸變。

根據(jù)上述原理，可以利用混凝土聲學(xué)參數(shù)測量值和相對變化綜合分析，判別其缺陷的位置和范圍，或估算缺陷的尺寸。2.2.2適用范圍

基樁超聲波檢測法是一種檢測混凝土灌注樁完整性的有效手段，它是利用聲波的透射原理對樁身混凝土介質(zhì)狀況進行檢測，因此僅適用于在灌注成型過程中已經(jīng)埋了兩根或兩根以上聲測管的基樁。

在樁身預(yù)埋一定數(shù)量的聲測管，通過水的耦合，超聲波從一根聲測管中發(fā)射，在另一根聲測管中接收，可以測出被測混凝土介質(zhì)的聲學(xué)參數(shù)。由于超聲波在混凝土中遇到缺陷時會產(chǎn)生繞射、反射和折射，因而到達接收換能器的聲時、波幅及主頻發(fā)生改變。超聲波法就是利用這些聲波特征參數(shù)來判別樁身的完整性。

對跨孔透射法，當(dāng)樁徑較小時，聲測管間距也較小，其測試誤差相對較大，同時預(yù)埋聲測管可能引起附加的灌注樁施工質(zhì)量問題。因此，超聲波檢測方法適用于檢測直徑不小于 800mm 的混凝土灌注樁的完整性。

3.超聲波檢測的發(fā)展前景

無損檢測與評價技術(shù)在我國日常產(chǎn)品質(zhì)量檢驗和大量在用工業(yè)和民用設(shè)備的檢驗中發(fā)揮了十分重要的作用。從統(tǒng)計結(jié)果看，我國擁有近17萬無損檢測人員和2000多家無損檢測機構(gòu)，2007年無損檢測儀器的銷售額達10億元人民幣左右，大專院校每年培養(yǎng)近千名無損檢測專業(yè)的大專、本科和研究生。我國不僅對常規(guī)無損檢測設(shè)備、器材和服務(wù)有著巨大的需求，而且對先進的無損檢測儀器、技術(shù)和服務(wù)也有大量的需求。我國已成為一個無損檢測儀器、技術(shù)和服務(wù)的巨大市場。我國的無損檢測工作者已經(jīng)在許多技術(shù)和領(lǐng)域進行了大量的研究、開發(fā)和成功的應(yīng)用。

第三篇：案例05-初中物理-超聲波的應(yīng)用

研究課題名稱： 超聲波的應(yīng)用 設(shè)計者姓名

所在學(xué)校

所教年級 八年級 研究學(xué)科 物理 聯(lián)系電話 電子郵件

一、課題背景、意義及介紹

1、背景說明（怎么會想到本課題的）： 物理學(xué)科作為義務(wù)教育階段中很重要的一門基礎(chǔ)性學(xué)科，它不僅肩負著物理學(xué)科知識的傳承和發(fā)展，還擔(dān)負著發(fā)展學(xué)生思維能力、培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、提高學(xué)生的探索創(chuàng)新精神的重任。“從生活走向物理，從物理走向社會”，超聲波在現(xiàn)代生活中有廣泛的應(yīng)用。八年級學(xué)生剛接觸物理學(xué)科不久，對本課題的研究有利于提高學(xué)生對物理學(xué)科的興趣和對物理知識的遷移能力，為接下來的學(xué)習(xí)提供必要的方法和能力的支持。

2、課題的意義（為什么要進行本課題的研究）： 通過對課題的實施讓學(xué)生了解自然界中的動物對超聲波利超聲波在當(dāng)代社用和會生活中的應(yīng)用，拓展學(xué)生的知識面，增強學(xué)生學(xué)以致用的能力。通過對信息的搜集、篩選、分析和處理，提高學(xué)生對有用信息的甄別整合能力；通過成員組成員間的交流合作和實地考察，提高學(xué)生的實踐能力、團隊意識和交往品質(zhì)；通過自評與他評，促進學(xué)生的自我反思，認識自身的優(yōu)缺點，從而形成正確的“三觀”，養(yǎng)成求真務(wù)實、積極向上的生活態(tài)度。

3、課題介紹 課本中介紹了超聲波的概念，但對超聲波的特點和應(yīng)用沒作詳細介紹，超聲波的應(yīng)用是八年級物理課本知識的拓展。自然界中很多動物對超聲波的利用是現(xiàn)代仿生學(xué)研究的范疇，超聲波在現(xiàn)代軍事、醫(yī)療、工業(yè)、前沿科技中也有廣泛的應(yīng)用。學(xué)生除了可以搜集到相關(guān)的文字、圖像資料外，還可以進行實地考察。例如到醫(yī)院了解B超、超聲波探傷、超聲波去除人體內(nèi)結(jié)石，到牙科美容所可以了解超聲波洗牙，到交通部門可以了解超聲波測距等。讓學(xué)生能夠在各種實際情境中感受物理的魅力，增加對科學(xué)的熱愛。

二、研究性學(xué)習(xí)的教學(xué)目的和方法（可按新課程標準的三維目標（或布魯姆目標分類法）進行研究性學(xué)習(xí)的教學(xué)目和方法的闡述）

三、參與者特征分析（重點分析學(xué)生有哪些共性、有哪些差異，尤其對開展研究性學(xué)習(xí)有影響的因素。）1.八年級學(xué)生剛接觸物理學(xué)科不久，對物理知識的遷移能力和運用能力都比較弱； 2.學(xué)生查閱文本資料的能力較強，具備上網(wǎng)搜集資料的技能； 3.學(xué)生的社會實踐經(jīng)驗較少，交際能力不強； 4.學(xué)生語言組織能力較好，但總結(jié)升華、撰寫論文的能力還有所欠缺； 5.學(xué)生對研究問題普遍興趣較高； 6.學(xué)生接受新事物較快，思維的獨立性、批判性快速發(fā)展，不盲從他人意見，自尊心較強，但自律性還較差。

四、研究的目標與內(nèi)容（課題研究所要解決的主要問題是什么，通過哪些內(nèi)容的研究來達成這一目標）課題研究所要解決的主要問題： 1.超聲波的概念及特點； 2.知道在實際應(yīng)用實例中是利用了超聲波的哪些特點； 3.運用超聲波的特點進行工作的儀器的基本工作原理和操作方法； 4.超聲波在當(dāng)代社會各個領(lǐng)域中的應(yīng)用的價值和發(fā)展前景。通過以下內(nèi)容的研究來達成這一目標： 1.復(fù)習(xí)課本中的概念以及通過搜集的資料分析歸納超聲波的特點； 2.通過實例分析實際應(yīng)用中超聲波的哪些特點具有實用價值； 3.進行查閱說明書、實地考察、咨詢專家等多種途徑弄清運用超聲波特點進行工作的儀器的基本工作原理和操作方法； 4.超聲波在實際應(yīng)用中的價值和發(fā)展前景的調(diào)查和分析。學(xué)生可能的選題內(nèi)容是： 1.現(xiàn)代仿生學(xué)——動物對超聲波的應(yīng)用對我們的啟發(fā)； 2.現(xiàn)代醫(yī)療中超聲波的應(yīng)用； 3.基于超聲波特點的各種儀器的基本工作原理。

五、研究的預(yù)期成果及其表現(xiàn)形式（研究的最終成果以什么樣的形式展現(xiàn)出來，是論文、實驗報告、實物、網(wǎng)站、多媒體還是其他形式）1.課題組在各個階段的成果會以報告、手抄報的形式體現(xiàn)出來； 2.課題研究的最終成果由學(xué)生撰寫的研究報告或論文展現(xiàn)。

六、資源準備 教師提供的資源： 1.開放學(xué)校圖書館、機房和多媒體教室； 2.提供醫(yī)院、牙科美容所（或眼鏡店）、交通局的地理位置和聯(lián)系方法； 3.介紹一些關(guān)于超聲波的專業(yè)書籍如《臨床超聲診斷檢查規(guī)范與疑難病例解析及超聲解剖圖解實用手冊》和《現(xiàn)代介入性超聲診斷與治療》； 4.評價量規(guī)。學(xué)生自行準備的資源： 1.活動記錄表； 2.照相機和U盤。

七、研究性學(xué)習(xí)的階段設(shè)計 研究性學(xué)習(xí)的階段 學(xué)生活動 教師活動 起止時間 第一階段：動員和培訓(xùn)（初1 利用文本資料講解1課時 步認識研究性學(xué)習(xí)、理解1 學(xué)習(xí)認識研究性學(xué)研究性學(xué)習(xí)的步驟和研究性學(xué)習(xí)的研究方法）習(xí)的實施環(huán)節(jié)、研究方方法； 法、具體要求； 2 引入自然界一些動 2 了解本次研究性學(xué)物對超聲波的應(yīng)用激習(xí)的學(xué)習(xí)目的； 發(fā)學(xué)生對本次課題的 3 了解本次課題研究興趣； 的意義。3 組織學(xué)生發(fā)表感言，對課題進行探討、提問 1 以學(xué)生感興趣的或3課時 提出和選擇課占有較多可用資源的1 組織學(xué)生探討擬定題 課題方向初步擬定課課題； 題； 2 幫助學(xué)生分析判斷

根據(jù)草擬的課題探擬定課題的可行性。討其可行性并最終確定課題 1 學(xué)生根據(jù)自己選定成立課題組 1 根據(jù)學(xué)生的能力與的課題以自愿為原則特長調(diào)配各組成員，盡選擇課題組成員； 量使各組素質(zhì)均衡，特第二階段自主選舉課題組組別注意性格孤僻和組課題準備長，然后根據(jù)自己的?？椉o律性不強的學(xué)生階段 長初步確定各自的工的分組； 作內(nèi)容。2 協(xié)助各小組制定合作學(xué)習(xí)評價量規(guī)。指導(dǎo)學(xué)生的分工形形成小組實施1課題組探討制定研究計劃，細化分工和任式和具體步驟的時間方案 務(wù)，預(yù)定成果； 安排； 2 協(xié)助學(xué)生活動記錄2制作調(diào)查表、活動記錄表。表的設(shè)計和參考預(yù)定成果展示的形式和內(nèi)容根據(jù)學(xué)生參與的積二個第三階段：課題實施階段 一 收集、分析、篩選極性、采用的研究方學(xué)月 和整合資料 法、團隊合作的情況及學(xué)生根據(jù)分工，信息技時給予鼓勵、監(jiān)督和指術(shù)較強的成員上網(wǎng)搜導(dǎo)； 集下載；閱讀能力較強 2 及時記錄學(xué)生的課的成員到學(xué)校圖書館題研究的各種情況，以或書店查閱文本資料；備作為客觀評價的依交際能力較強的成員據(jù)； 走訪有關(guān)專家；信息處 3 給學(xué)生提供必要的 理能力較強的學(xué)生分 析整理組員收集來的信息、啟發(fā)思路、補充信息，甄選出對課題研知識、介紹方法和線究有用的信息； 索，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑、探二 實地考察階段 究和創(chuàng)新。組長牽頭各成員根據(jù)4 對學(xué)生在撰寫論文自己掌握的資料和人的過程中遇到的問題脈關(guān)系選擇考察的單給予適當(dāng)?shù)膸椭缯撐弧＠缬懈改府?dāng)醫(yī)生文的格式、要求等。的成員可以到父母所在的醫(yī)院進行B超、超聲波探傷等的調(diào)查研究；對交通知識掌握較好的成員可以到交通部門了解測速儀的工作原理等。各小組及時匯集討論當(dāng)天各自的活動成果并做好記錄工作。三 成果匯總整合 匯總、探討、整合課題組課題實施各個階段的研究成果，由寫作能力較強的成員將其撰寫成文。

八、總結(jié)與反思（實踐后總結(jié)、反思整個研究性學(xué)習(xí)過程，提出改進意見）1.各成員根據(jù)自己在課題實施過程中的表現(xiàn)進行自我反省，并參照（自評表）進行自我評價，由小組長匯總整理； 2.小組參照（同學(xué)互評表）進行互評； 3.教師根據(jù)課程實施以來各小組、各成員的活動情況，利用（教師評價表）給出評價意見和指導(dǎo)意見； 4.各小組對課程實施的整個過程進行反思、交流，提出可資借鑒的經(jīng)驗教訓(xùn)。自評表

自評內(nèi)容 方式(1)我在課題實施過程中態(tài)度是否積極主每一個主題活動結(jié)束后，填寫動？ “綜合實踐活動記錄與評價表”或用描述性語言的方法對(2)我與其他課題成員間是否融洽相處？ 以上內(nèi)容進行一次自評，完成后經(jīng)指導(dǎo)教師審閱后收入檔案(3)我在遇到困難時是否勇于面對挑戰(zhàn)？ 袋中。

(4)我對課題實施方案作出哪些有建設(shè)性的建議？

(5)在活動中我學(xué)到了哪些探究方法？

(6)我在本次活動中哪些方面得到提高？

(7)在本次活動中我還存著哪些不足？(8)課題實施過程中，我發(fā)現(xiàn)了哪些經(jīng)驗教訓(xùn)可資借鑒？ 同學(xué)互評表 互評內(nèi)容 方式(1)團隊合作精神好，有優(yōu)良的交往品質(zhì)。每一個主題活動結(jié)束后，小組成員集體討論，組長執(zhí)筆用描述性評價方法(2)遇到挫折時是迎難而上還是逃避畏懼？ 對以上內(nèi)容進行評價，完成后經(jīng)指導(dǎo)教師審閱后收入檔案袋中。(3)參加活動積極主動，實踐能力強。(4)創(chuàng)新意識好，善于反省改進。教師評價表

等次 評價內(nèi)容 評價指標（星級評定）

1、活動態(tài)度方面 A、態(tài)度是否積極，是否主動組織或參與活動。B、與小組同學(xué)合作是否良好。C、活動是否認真、善始善終。D、是否勇于克服困難。A、查閱資料技能。B、實地觀察記錄能力。C、調(diào)查研

2、知識技能方面 究能力。D、整理材料能力。A、運用工具能力。B、交往與表達能力。C、分析總結(jié)

3、完成活動任務(wù)綜能力。合情況方面 A、選題新穎、獨特性。B、研究問題方法的積極性、4、創(chuàng)新意識和實踐多樣性。C、活動方法的靈活性。D、獨立設(shè)計活動、能力方面 開展活動能力。E、成果作品完成的質(zhì)量。

第四篇：超聲波探傷儀在焊接中的應(yīng)用

超聲波探傷儀在焊接中的應(yīng)用

一、無損檢測的方法: 無損檢測的常規(guī)方法有直接用肉眼檢查的宏觀檢驗和用射線照相探傷、超聲波探傷、磁粉探傷、滲透探傷、渦流探傷等儀器檢測。肉眼宏觀檢測可以不使用任何儀器和設(shè)備，但肉眼不能穿透工件來檢查工件內(nèi)部缺陷，而射線照相等方法則可以通過各種各樣的儀器或設(shè)備來進行檢測，既可以檢查肉眼不能檢查的工件內(nèi)部缺陷，也可以大大進步檢測的正確性和可靠性。至于用什么方法來進行無損檢測，這需根據(jù)工件的情況和檢測的目的來確定。

二、超聲波的常識: 超聲波頻率超過人耳聽覺，頻率比20千赫茲高的聲波叫超聲波。用于探傷的超聲波，頻率為0.4-25兆赫茲，其中用得最多的是1-5兆赫茲。利用聲音來檢測物體的好壞，這種方法早已被人們所采用。例如，用手拍拍西瓜聽聽是否熟了；醫(yī)生敲敲病人的胸部，檢驗內(nèi)臟是否正常；用手敲敲瓷碗，看看瓷碗是否壞了等等。但這些依靠人的聽覺來判定聲響的檢測法，比聲響法要客觀和正確，而且也比較輕易作出定量的表示。由于超聲波探傷具有探測間隔大，探傷裝置體積小，重量輕，便于攜帶到現(xiàn)場探傷，檢測速度快，而且探傷中只消耗耦合劑和磨損探頭，總的檢測用度較低等特點，目前建筑業(yè)市場主要采用此種方法進行檢測。

三、超聲波探傷在焊接中的應(yīng)用: 首先要了解圖紙對焊接質(zhì)量的技術(shù)要求。目前鋼結(jié)構(gòu)的驗收標準是依據(jù)GB50205-95《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》來執(zhí)行的。標準規(guī)定：對于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級為一級時評定等級為Ⅱ級時規(guī)范規(guī)定要求做100%超聲波焊接；對于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級為二級時評定等級為Ⅲ級時規(guī)范規(guī)定要求做20%超聲波探傷；對于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級為三級時不做超聲波內(nèi)部缺陷檢查。在此值得留意的是超聲波探傷用于全熔透焊縫，其探傷比例按每條焊縫長度的百分數(shù)計算，并且不小于200mm。對于局部探傷的焊縫假如發(fā)現(xiàn)有不答應(yīng)的缺陷時，應(yīng)在該缺陷兩真?zhèn)€延伸部位增加探傷長度，增加長度不應(yīng)小于該焊縫長度的10%且不應(yīng)小于200mm，當(dāng)仍有不答應(yīng)的缺陷時，應(yīng)對該焊縫進行100%的探傷檢查，其次應(yīng)該清楚探傷時機，碳素結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)在焊縫冷卻到環(huán)境溫度后、低合金結(jié)構(gòu)鋼在焊接完成24小時以后方可進行焊縫探傷檢驗。另外還應(yīng)該知道待測工件母材厚度、接頭型式及坡口型式。截止到目前為止在實際工作中接觸到的要求探傷的盡大多數(shù)焊縫都是中板對接焊縫的接頭型式，所以下面主要就對焊縫探傷的操縱做針對性的總結(jié)。

一般地母材厚度在8-16mm之間，坡口型式有I型、單V型、X型等幾種形式。在弄清楚以上這此東西后才可以進行探傷前的預(yù)備工作。在每次探傷操縱前都必須利用標準試塊（CSK-IA、CSK-ⅢA）校準儀器的綜合性能，校準面板曲線，以保證探傷結(jié)果的正確性。具體的方法如下：

1、探測面的修整：應(yīng)清除焊接工作表面飛濺物、氧化皮、凹坑及銹蝕等，光潔度一般低于▽4。焊縫兩側(cè)探傷面的修整寬度一般為大于即是2KT+50mm，（K:探頭 K值，T：工件厚度）。一般的根據(jù)焊件母材選擇K值為2.5探頭。例如：待測工件母材厚度為10mm,那么就應(yīng)在焊縫兩側(cè)各修磨100mm。

2、耦合劑的選擇應(yīng)考慮到粘度、活動性、附著力、對工件表面無腐蝕、易清洗，而且經(jīng)濟，綜合以上因素選擇漿糊作為耦合劑。

3、由于母材厚度較薄因此探測方向采用單面雙側(cè)進行。

4、由于板厚小于20mm所以采用水平定位法來調(diào)節(jié)儀器的掃描速度。

5、在探傷操縱過程中采用粗探傷和精探傷。為了大概了解缺陷的有無和分布狀態(tài)、定量、定位就是精探傷。使用鋸齒形掃查、左右掃查、前后掃查、轉(zhuǎn)角掃查、環(huán)繞掃查等幾種掃查方式以便于發(fā)現(xiàn)各種不同的缺陷并且判定缺陷性質(zhì)。

6、對探測結(jié)果進行記錄，如發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷對其進行評定分析。焊接對頭內(nèi)部缺陷分級應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準GB11345-89《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級》的規(guī)定，來評判該焊否合格。假如發(fā)現(xiàn)有超標缺陷，向車間下達整改通知書，令其整改后進行復(fù)驗直至合格。

四、焊縫檢驗 焊縫檢驗方法: 1,外觀檢查.2,致密性試驗和水壓強度試驗.3,焊縫射線照相.4,超聲波探傷.5,磁力探傷.6,滲透探傷.關(guān)于返修規(guī)定:具體情況具體對待,總之要力爭減少返修次數(shù)在廠房建設(shè)及設(shè)備安裝中大量使用鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量十分重要，無損檢測是保證鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的重要方法。一般的焊縫中常見的缺陷有：氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等。到目前為止還沒有一個成熟的方法對缺陷的性質(zhì)進行正確的評判，只是根據(jù)熒光屏上得到的缺陷波的外形和反射波高度的變化結(jié)合缺陷的位置和焊接工藝對缺陷進行綜合估判。對于內(nèi)部缺陷的估判以及缺陷產(chǎn)生原因和防止措檀越有有以下幾點：

1.氣孔：單個氣孔回波高度低，波形為單縫，較穩(wěn)定。從各個方向探測，反射波大體相同，但稍一動探頭就消失，密集氣孔會出現(xiàn)一簇反射波，波高隨氣孔大小而不同，當(dāng)探頭作定點轉(zhuǎn)動時，會出現(xiàn)此起彼落的現(xiàn)象。產(chǎn)生這類缺陷的原因主要是焊材未按規(guī)定溫度烘干，焊條藥皮變質(zhì)脫落、焊芯銹蝕，焊絲清理不干凈，手工焊時電流過大，電弧過長；埋弧焊時電壓過高或網(wǎng)絡(luò)電壓波動太大；氣體保護焊時保護氣體純度低等。假如焊縫中存在著氣孔，既破壞了焊縫金屬的致密性，又使得焊縫有效截面積減少，降低了機械性能，特別是存鏈狀氣孔時，對彎曲和沖擊韌性會有比較明顯降低。防止這類缺陷防止的措施有：不使用藥皮開裂、剝落、變質(zhì)及焊芯銹蝕的焊條，生銹的焊絲必須除銹后才能使用。所用焊接材料應(yīng)按規(guī)定溫度烘干，坡口及其兩側(cè)清理干凈，并要選用合適的焊接電流、電弧電壓和焊接速度等。2.夾渣：點狀夾渣回波信號與點狀氣孔相似，條狀夾渣回波信號多呈鋸齒狀波幅不高，波形多呈樹枝狀，主峰邊上有小峰，探頭平移波幅有變動，從各個方向探測時反射波幅不相同。這類缺陷產(chǎn)生的原因有：焊接電流過小，速度過快，熔渣來不及浮起，被焊邊沿和各層焊縫清理不干凈，其本金屬和焊接材料化學(xué)成分不當(dāng)，含硫、磷較多等。防止措施有：正確選用焊接電流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必須把坡口清理干凈，多層焊時必須層層清除焊渣；并公道選擇運條角度焊接速度等。

3.未焊透：反射率高，波幅也較高，探頭平移時，波形較穩(wěn)定，在焊縫兩側(cè)探傷時均能得到大致相同的反射波幅。這類缺陷不僅降低了焊接接頭的機械性能，而且在未焊透處的缺口和端部形成應(yīng)力集中點，承載后往往會引起裂紋，是一種危險性缺陷。其產(chǎn)生原因一般是：坡口純邊間隙太小，焊接電流太小或運條速度過快，坡口角度小，運條角度不對以及電弧偏吹等。防止措施有：公道選用坡口型式、裝配間隙和采用正確的焊接工藝等。

4.未熔合：探頭平移時，波形較穩(wěn)定，兩側(cè)探測時，反射波幅不同，有時只能從一側(cè)探到。其產(chǎn)生的原因：坡口不干凈，焊速太快，電流過小或過大，焊條角度不對，電弧偏吹等。防止措施：正確選用坡口和電流，坡口清理干凈，正確操縱防止焊偏等。

第五篇：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，包括什么是超聲波、波的傳播、超聲波的特點等；第二部分主要介紹實驗過程，包括實驗方法、實驗現(xiàn)象及實驗結(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、實驗方法、發(fā)展及應(yīng)用

背景：

自19世紀末到20世紀初，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報道。40年代末期超聲治療在歐美興起，直到1949年召開的第一次國際醫(yī)學(xué)超聲波學(xué)術(shù)會議上，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年第二屆國際超聲醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)會議上已有許多論文發(fā)表，超聲治療進入了實用成熟階段。并且在21世紀(HIFU)超聲聚焦外科已被譽為是21世紀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，它們的共同點都是一種機械振動，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)傳播，是一種能量和動量的傳播形式，其不同點是超聲頻率高，波長短，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。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)中各體元振動的方向與波傳播的方向平行時，此超聲○波為縱波波形。任何固體介質(zhì)當(dāng)其體積發(fā)生交替變化時均能產(chǎn)生縱波。

2橫波波形：當(dāng)媒質(zhì)中各體元振動的方向與波傳播的方向垂直時，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, 振動質(zhì)點的軌跡為一橢圓，在距表面1/4波長深處振幅最強，隨著深度的增加很快衰減，實際上離表面一個波長以上的地方，質(zhì)點振動的振幅已經(jīng)很微弱了。

3、超聲波傳播的特點 總的來說與可聞波相比,超聲波由于頻率高、波長短,在傳播過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,其波長較同樣介質(zhì)中的聲波波長短得多,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,振動頻率越高能量越大。因此,它比普通聲波具有大得多的能量。

3)穿透能力強。超聲波雖然在氣體中衰減很強,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,超聲波與聲波一樣是一種疏密的振動波,液體時而受拉時而逐級壓,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，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、實驗過程 1． 直探頭延遲的測量

超聲波實驗儀接上直探頭，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)置超聲波實驗儀衰減器的數(shù)值和示波器的電壓范圍與時間范圍，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對應(yīng)于發(fā)射超聲波的初始時刻；B1稱為試塊的1次底面回波，t1對應(yīng)于超聲波傳播到試塊底面，并被發(fā)射回來后，被超聲波探頭接收到的時刻，因此t1對應(yīng)于超聲波在試塊內(nèi)往復(fù)傳播的時間；B2稱為試塊的2次底面回波，它對應(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． 脈沖波頻率和波長的測量

調(diào)節(jié)示波器時間范圍，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。測量兩個振動波峰之間的時間間隔，則得到一個脈沖周期的振動時間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為l=6.32t。

3． 波型轉(zhuǎn)換的觀察與測量 把超聲波實驗儀換上可變角探頭，參照圖1.8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)置超聲波實驗儀衰減器的數(shù)值和示波器的電壓范圍

圖1.8觀察波型轉(zhuǎn)換現(xiàn)象 與時間范圍。改變探頭的入射角，并在改變的過程中適當(dāng)移動探頭的位置，使每一個入射角對應(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程中，我們可以先后觀察到回波B1、B2和B3；它們分別對應(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，通過調(diào)節(jié)入射角調(diào)，使能夠同時觀測到回波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，則又會在B1前面觀測到一個回波b1，4． 折射角的測量

確定B1、B2的波型后，可以分別測量縱波和橫波的折射角。參照圖1.10首先讓把探頭的縱波聲束對正（回波幅度最大時為正對位置）CSK-IB試塊上的橫孔A，用鋼板尺測量正對時探頭的前沿到試塊右邊沿的距離LA1；然后向左移動探

圖1.9橫波和縱波的測量 頭，再讓縱波聲束對正橫孔B，并測量距離LB1。測量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)(測為46.6度)H（1.7）

同樣的方法可以測量橫波的折射角?2。

圖1.10折射角的測量

5.聲速的直接測量方法

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

圖2.1 縱波延遲測量

（1）直探頭延遲測量（參看實驗1）。（2）斜探頭延遲測量

參照圖2.2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入射在R1和R2圓弧面上。適當(dāng)設(shè)置超聲波實驗儀衰減器的數(shù)值和示波器的電壓范圍與時間范圍。在示波器上同時觀測到兩個弧面的回波B1和B2。測量它們對應(yīng)的時間t1和t2。由于R2=2R2，因此斜探頭的延遲為：

t?2?t1?t2

(2.7)（3）斜探頭入射點測量

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

參照圖2.2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，左右移動探頭，使回波幅度最大（聲束通過弧面的圓心）。這時，用鋼板尺測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測量

6.聲速的相對測量方法

如果被測試塊有兩個確定的反射體，那么通過測量兩個反射體回波對 應(yīng)的時間差，再計算出試塊的聲速。這種方法稱為聲速的相對測量方法。

對于直探頭，可以利用均勻厚度底面的多次反射回波中的任意兩個回波進行測量。

對于斜探頭，則利用CSK-IB試塊的兩個圓弧面的回波進行測量。

7.聲束擴散角的測量

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

??2tg?

1|x2?x1|

2L（3.2）

圖3.3 探頭擴散角的測量

對于斜探頭，首先必須測量出探頭的折射角?，然后利用測量直探頭同樣的方法，按下式計算斜探頭的擴散角近似為：

??2tg?1[8.直探頭探測缺陷深度

|x2?x1|cos2?] 2L（3.3）

在超聲波探測中，可以利用直探頭來探測較厚工件內(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直探頭探測缺陷深度

對底面回波和缺陷波對應(yīng)時間（深度）的測量，可以采用絕對測量方法，也可以采用相對測量方法。利用絕對測量方法時，必須首先測量（或已知）探頭的延遲和被測材料的聲速，具體方法請參看實驗二直探頭延遲和聲速的絕對測量方法。利用相對測量方法時，必須有與被測材料同材質(zhì)試塊，并已知該試塊的厚度，具體方法請參看實驗二直探頭延遲和聲速的相對測量方法。

9.斜探頭測量缺陷的深度和水平距離

利用斜探頭進行探測時，如果測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?是斜探頭在被測材料中的折射角。

(3.4)(3.5)要實現(xiàn)對缺陷進行定位，除了必須測量（或已知）探頭的延遲、入射點外，還必須測量（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材料同材質(zhì)的試塊中兩個不同深度的橫孔對斜探頭的延遲、入射點、折射角和聲速進行測量。參看圖3.5，A、B為試塊中的兩個橫孔，讓斜探頭先后對正A和B，測量得到它們的回波時間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，尤其是在流量測量，材料無損檢驗及物位測量等方面，超聲波傳感器的應(yīng)用尤為普遍。所以，在此首先簡要的介紹一下超聲波傳感器。

廣義上來講，它是在超聲頻率范圍內(nèi)將交變的電信號轉(zhuǎn)換成聲信號或者將外界聲場中的聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的能量轉(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(一個發(fā)射，一個接 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。按照實現(xiàn)超聲換能器機電轉(zhuǎn)換的物理效應(yīng)的不同可將換能器分為電動式、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，內(nèi)部的電極化狀態(tài)會發(fā)生變化，在電介質(zhì)的某相對兩表面內(nèi)會出現(xiàn)與外力成正比的符號相反的束縛電荷，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，在此電場作用下，電介質(zhì)內(nèi)部電極化狀態(tài)會發(fā)生相應(yīng)的變化，產(chǎn)生與外加電場強度成正比的應(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。壓電陶瓷自問世以來，至今已有30多年歷史。無論在材料基礎(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)展和實際應(yīng)用提高到一個新的高度。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：

(l)所用原材料價廉且易得；(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)計要求；(5)機械強度好，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模式；(7)制作工藝較簡單，生產(chǎn)周期較短，價格適中。根據(jù)不同的實際應(yīng)用情況，超聲波傳感器產(chǎn)生不同頻率。如應(yīng)用在流量測量領(lǐng)域，聲波的頻率在30kHz到5MHz之間；應(yīng)用在物位測量領(lǐng)域時，聲波的頻率會低一些，一般在30kHz到200kHz之間；而當(dāng)應(yīng)用在檢測裝置（如測厚儀和探傷檢驗裝置）上時，聲波的頻率范圍很廣，但是總體上來說要比用于其它領(lǐng)域時高很多。

2、超聲波測距

超聲波因其指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離遠等特點，而經(jīng)常用于進行各種測量。如利用超聲波在水中的發(fā)射，可以測量水深、液位等．利用超聲波測距，使用單片機系統(tǒng)，設(shè)計合理，計算處理也較方便，測量精度能達到各種場合使用的要求。

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【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，因此其反射與折射以及吸收超聲波的程度也就不同，醫(yī)生們正是通過儀器所反映出的波型、曲線，或影象的特征來辨別它們。此外再結(jié)合解剖學(xué)知識、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：是以波形來顯示組織特征的方法，主要用于測量器官的徑線，以判定其大小?？捎脕龛b別病變組織的一些物理特性，如實質(zhì)性、液體或是氣體是否存在等。

B型：用平面圖形的形式來顯示被探查組織的具體情況。檢查時，首先將人體界面的反射信號轉(zhuǎn)變?yōu)閺娙醪煌墓恻c，這些光點可通過熒光屏顯現(xiàn)出來，這種方法直觀性好，重復(fù)性強，可供前后對比，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：是用于觀察活動界面時間變化的一種方法。最適用于檢查心臟的活動情況，其曲線的動態(tài)改變稱為超聲心動圖，可以用來觀察心臟各層結(jié)構(gòu)的位置、活動狀態(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：是專門用來檢測血液流動和器官活動的一種超聲診斷方法，又稱為多普勒超聲診斷法。可確定血管是否通暢、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定管腔內(nèi)血液的流量。近幾年來科學(xué)家又發(fā)展了彩色編碼多普勒系統(tǒng)，可在超聲心動圖解剖標志的指示下，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，并且還可以與其他檢查儀器結(jié)合使用，使疾病的診斷準確率大大提高。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)的進步，它將更加完善，將更好地造福于人類。

結(jié)語：

超聲學(xué)是一門應(yīng)用性和邊緣性很強的學(xué)科，從它一百多年來的發(fā)展可以看出，超聲學(xué)是隨著它在國防、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，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)都是借鑒了雷達的原理和技術(shù)而發(fā)展起來的，而超聲的發(fā)展又為電子學(xué)、光電子學(xué)、雷達技術(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。通過這次的實驗，我對超聲波的各方面都有了一定的了解，我相信這對我以后的學(xué)習(xí)和運用都有很大的幫助，另外，雖然我沒有參加物理實驗競賽，但是自己用超聲波弄了一個非接觸式體溫計，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：

1、《大學(xué)物理實驗》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