超声波的基本原理
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超声波的基本原理范文第1篇
【关键词】B超诊断技术；发展状况；非侵人性特征；应用；
【中图分类号】R44 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2014）02-0497-01
自从我国各大医院广泛的采用B超诊断技术以来，B超诊断技术已经广泛地应用于各大医院的临床医学检验之中。例如，B超诊断技术之中的B型超声检查已经广泛的应用于各大医院的心血管内科、消化系统内科、泌尿系统内科、妇产科等各大科室的疾病诊断当中。针对B超诊断技术在各个医院中的广泛应用和B超诊断技术在治疗患者疾病的过程中发挥的重要作用，在本文中，笔者将结合自己在医院的多年工作经验，具体的谈一谈目前我国的B超诊断技术发展应用情况。一方面希望能够起到抛砖引玉的作用，另一方面希望能够给相关人员起到一定的指导作用。
一B超诊断技术的基本原理
在通常的情况之下，人们所能听到的声音的声波频率一般是在20赫兹到20千赫兹之间，如果超出这个范围，人体就不能正常的听到声音。其中，如果声音的声波频率低于20赫兹，那么就将这样的声波称之为次声波；如果声音的声波频率高于20千赫兹，那么就将这样的声波称之为超声波。目前，超声波已经在社会的各个领域得到了广泛的应用，尤其是在医学领域里面，超声波具有非常多的符合医学需要的特点。其中，由于超声波具有声波频率高的特点，这就意味着超声波的波长很短，因此，超声波可以像光线一样沿着直线进行传播，这就使得在医学工作中可以把超声波沿着一个确定的方位进行超声波发射，这样，超声波就可以沿着一条直线在人体的各个组织里面传播，在超声波传播的过程之中，超声波与人体的各个器官进行接触的时候就会产生各种各样的反射波段，这就是超声波在人体医学当中的应用。
2、B超诊断技术的基本原理
B超诊断技术的核心就是B超成像，B超成像，顾名思义指的就是利用相关的医学B超仪器向人体之中发射超声波，然后根据超声波的直线传播原理对人体的器官进行扫描。并对扫描过后超声波回声的延迟时间和超声波的回声强弱等状况来判断人体器官的具体情况，然后，再把收集得来的信息通过计算机进行相应的处理，最后，就能够得到B超诊断的诊断图像。
二B超诊断技术已经应用于各种疾病的诊断之中
在治疗疾病时，采用B超诊断技术可以为医生提供图像清晰、准确的患者内脏的病变图像，针对B超诊断技术的这种优良特性，目前，B超诊断技术已经广泛的应用于各种内科疾病的检查之中，尤其是在对腹部疾病的诊断当中。截至目前为止，在各大医院中采用最多的B超诊断技术是应用于对患者肝胆疾病的诊断过程之中。
1、B超诊断技术应用于肝脏疾病的诊断过程
肝脏是人体的重要器官之一，在人体之中主要发挥着消化、排解毒素的重要作用，这就导致人体的肝脏器官很容易出现各种各样的慢性疾病或者是病理性伤害，在B超诊断技术应用于医学之前，人们很难确切的知道肝脏器官到底是哪里出现了问题，这就导致肝脏疾病很难在发病的初期得到及时、有效的控制，以至于延误了患者的治疗。目前，随着B超诊断技术应用于肝脏疾病的诊断，医生可以通过B超诊断技术提供的清晰病理图像准确的识别出肝脏中的各种病理性特征。与此同时，医生还可以根据B超诊断中得到的图像，展示出肝脏部位肿胀物的大小以及其位置和范围做出准确的判断，并且能够迅速的得出正确、有效的治疗方案。这里要特别指出的是，随着B超诊断技术的不断发展，目前，医院已经可以通过B超诊断技术发现了小于2毫米的肝部小肿瘤，这就有力地克服了以前肝脏部位病变难以发现的问题。
2、B超诊断技术应用于胆道疾病的诊断过程
B超诊断技术还可以应用于胆道疾病的诊断过程当中，在对胆道疾病进行诊断的过程中， B超诊断技术可以清晰的反映出人体的胆管部位有没有产生扩张的现象，此外， B超诊断技术还可以清晰的反映出胆道的胆囊部位的大小状况。最终，医院里的医生可以通过B超诊断技术，向患者提供胆道疾病的清晰病理影像，并通过获得的病理影像来正确的判断出胆道疾病的梗阻性黄疽的病发部位以及梗阻性黄疽的发病程度，我们可以知道，通过 B超诊断技术可以做到比传统的诊断技术的准确程度提升一倍以上。此外，对于胆道疾病的胆囊结石现象，医院医生也可以通过B超诊断技术提供的胆囊部位的清晰图像，来确定胆囊部位炎症的严重程度、胆道部位胆管的扩张情况，以及胆道部位胆囊结石的大小和数量，这就使得 B超诊断技术成为了胆道疾病的诊断过程当中一道必不可少的关键性程序。
三总结
综上所述，自从B超诊断技术诞生以来，B超诊断技术的优势已经在广大人民群众面前呈现出来了。由于B超诊断技术可以向医疗工作人员提供清晰、有效的人体内脏器官的图像，因此，就使得B超诊断技术可以在各大医院当中得到了广泛的应用。在本文当中，笔者结合自己在医院的多年工作经验，大致的讲述了B超诊断技术的基本原理，并根据其原理的特征讲述其目前在各类疾病诊断和治疗当中的应用，为的是让冠达人民群众对这一技术能有个大致的了解。但是，由于本人的知识水平有限，因此，本文如有不到之处，还望不吝赐教。
参考文献
超声波的基本原理范文第2篇
【关键词】超声波技术、桩基、检测
中图分类号：TU473.1 文献标识码：A 文章编号：
1、引言
自然界中的弹性波有很多种类型，声波是一种能在混凝土和岩土等介质中传播的弹性波，因而当声波在这些岩土及混凝土介质中的传播过程，有关弹性波的传播规律，对于声波来说，同样也是适用的。声波的波速大小，既跟弹性介质的性质有关，也跟弹性介质的种类有关；因种类和性质不同的弹性介质，其相对应的密度及弹性常数也存在着差异，这就使得声波在这些介质的传播速度发生变化。应用人工方式发出的声波，并保证利用相关仪器能够接收到其波速，并能对其波速进行分析测定，以此来对混凝土在承载力和完整性等方面的特性以及岩石的内部形态和特征做出相应的判定，这就是当今工程中广泛应用的超声波探测技术的理论依据；以下就结合某地桥梁桩基检测工程的具体情况，着重探讨一下超声波技术在路桥桩基检测中运用这个问题。
2、关于运用超声波检测的基本原理分析
在检测桩基过程中，在混凝土之中的传播速度，声波通常为4000m/s左右，若碰到混凝土之中存在着裂隙、夹泥或者密度出现较大差异等原因时，则会让声波出现减弱，一部分声波因受阻于混凝土的缺陷（上述的裂隙、夹泥等），这样就减小声波在混凝土之中的传播速度、延长声波在混凝土之中的传播时间，并且出现漫射这种现象；此时一旦碰到空气界面（空洞）就会出现散射和发射，致使声波的振幅降低；由此可见，正因为岩石、混凝土等存在着这些缺陷，改变了声波的传播路径，促使声波波形出现畸变；所以，只要混凝土存在着缺陷，就会减小和降低声波在其中传播的振幅和波速，并使其波形产生畸变，这就是运用超声波检测桥梁桩基的基本原理。，
3、超声波技术检测桥梁桩基的方法分析
3.1 进行测试的基本要求。当前进行桩基检测，多应用超声波检测仪，其主要构成，如下图所示：
图1 超声波检测仪构成示意图
根据规范要求，被检测的桩把一塑料管或金属管进行垂直预埋，并封闭该测管下部、加盖上部；其内径通常为60mm左右，管口比桩顶高出100mm左右，在确保竖向平行前提下，粘结牢固于混凝土；以桩径的大小来确定测管的布置及数量，其相应标准可用下表来表示：
表一 桩径大小与埋管数量的关系表
通常以不同测管的数量来进行测管的布置，具体如下图（图2 测管布置示意图）所示。
3.2 进行测试的基本步骤。通常，应用超声波技术进行桩基测试，可从以下这些步骤来操作：
①基于同批次检测桩桩径，在把合适换能器确定出来基础上，进行仪器参数的设置，并以标定法来把仪器系统迟延时间确定下来。
②量测、核实用于检测桩基测管的几何参数；以清水注满声管，以检查换能器的升降及管道的通畅状况；并以相关参数来修正耦合水层声时及声测管，把两根声管作为一个检测剖面组合，在完成所用声管的剖面全组合后，把检测简图绘制出来。
③在标志深度测管测点所在地，放入各个接受换能器及发射探头，在确保标高相同时进行同步升降，通常测点间距≤250mm，把所接收信号的时程曲线进行实时记录，并完成周期值、首波峰值及声时的读取；基于测试简图来进行检测所用的检测剖面。
④初步分析所用的测试数据，在此基础上，进行加密测试桩身质量有问题的那些测点的周围，以便能把桩身缺陷的范围及位置准确判定出来。
图2测管布置示意图
4、通过相关数据分析判断桩身的完整性。当前，通常通过声速、声幅及PDS的判据，来对桩身完整性进行判定，通过对实际波形图、各声学参数临界值及综合各判据所得结果进行分析，来评价桩身的完整性；此外，还可结合之主频判据、由声时判据演化而来的声速判据等来对桩身完整性进行评价，通常进行评价可依据现行桩基检测技术规程来实施操作，具体进行综合判定可依据下表来操作：
表二 关于桩身完整性的判定表
在辨别桩身完整性，应以各声学参数的不同对不同缺陷特征的混凝土进行反映，通常混凝土的弹性性能由声时来体现，混凝土界面状况由波幅衰减来反映，再对各深度波形特征及各参数进行综合分析，就可以判定出桩身的质量及完整性，具体如下表所示：
表三关于桩身混凝土质量判定的依据表
5、某地桥梁桩基检测工程实例分析
以该工程第15号墩的5号桩为例，其桩径、桩长分别为1.5m和16.0m，把三根检测管以正三角形形状进行布置；检测仪器为RSM-SY5声波仪，应用双发平侧，其测点之间距离确定为25.0cm，检测过程遵循从桩底到桩顶这个方向逐点进行检测；通过分析，并把声幅-深度曲线、声时-深度曲线绘制出来，根据该曲线形状，就可判定期波动、声幅及波形均无异常，参照PSD判据，就可对这个工程的5号桩桩身完整性及质量做出判定。
6、结束语
综上所述可知，应用超声波技术来对路桥桩基进行检测是比较准确可靠的，在实际工程建设过程中，加强研究和应用这种检测技术，对于科学评价路桥桩基桩身完整性及对缺陷桩身实施合理处理均具有一定的促进作用。
【参考文献】
超声波的基本原理范文第3篇
1.1超声波处理与加工的基本原理
超声波处理与加工设备主要是由四个部分组成:超声波发生器、换能器、超声波聚能器及超声波发生器和换能器之间的匹配电路。如图1所示,超声波发生器产生一定高频电能提供给超声换能器,由超声换能器将电能量转化成机械能,然后通过超声波聚能器将机械能放大,将声能作用在待处理的物质上。超声波的生物效应应用十分广泛,其主要的生物效应是源于空化作用引起的机械效应和热效应等。超声波处理与加工的基本原理主要是利用液体动力学的空化现象。超声空化是指超声波激活气泡的各种动力表现,这些表现可能是较为有规律而缓和的稳态空化或者是很激烈而短暂的瞬态空化。瞬态空化泡绝热收缩至崩溃瞬间,泡内可呈现高温和几千个大气压的高压,并伴有强大的冲击波或射流等。超声波的辐照因其机械作用,能使液体媒质质点运动增强,质量传输加速,还能影响边界层、膜、细胞壁和液泡。超声的空化作用还能破坏细胞并使酶变性等。以下所举的超声波在农业中的一些新应用基本上都是循着上述的基本原理而实现的。
1.2超声测定土壤中的铅[1]
铅是一种对人体有害的元素,它是土壤分析中的常测元素。采用悬浮液直接进样火焰原子吸收光谱法测定土壤中的铅时,由于土壤样品的取样量大,使得悬乳液的粘度大、不易分散均匀而影响进样的缺点。采用先用超声波处理悬浮液后进样的方法,可使进样顺利和使悬浮液稳定时间延长;十二烷基硫酸钠(SDS)增敏可以提高悬浮液直接进样火焰原子吸收光谱法测定的灵敏度。该方法快速、简单、准确,适用于各种土壤样品中铅的测定。
1.3超声处理种子
应用超声波处理种子,早在前苏联就已有了不少研究。根据外国文献所载,少量的超声波能刺激细胞分裂,中等量的超声波会抑制细胞分裂,大量的能引起细胞死亡。在上世纪,就有人用超声波对菠菜和白菜种子进行实验。其实验结果显示,在对白菜种子用超声波处理1分钟和2分钟时,其种子的发芽率为92%~96%,而未用超声波处理的白菜种子发芽率为88%。在对菠菜种子用超声波处理1分钟后,其出土率为85%,而未用超声波处理的菠菜种子出土率为40%[2]。用超声波处理的种子在日后增产也比较显著。低频脉冲超声波对小麦幼苗变异较明显。经超声波照射的水培变异幼苗,出现率为8.57±8.25%,对照的自然变异出现率为1.00±1.28%;田间种植变异幼苗出现率为18.21±2.54%,对照的自然变异出现率为14.58±2.59%。经照射的咸农68小麦单株粒重超过亲本的家系达55.17%,超亲达1%显著水准占超亲家系87.50%。经照射的四方穗小麦,单株粒重超亲家系达69.23%,达到1%显著水准的超亲家系占77.78[3]。
1.4超声处理对植物生长的影响
与其他环境应力一样,超声波作为应力的一种作用形式,对植物的生长发育有重要的影响。近年来,在超声处理下,从对植物生长变化的宏观观察到对植物生理生化的研究,从对植物细胞、组织、分裂生长的影响研究到对超声处理对植物作用机理的探讨,均取得了很多的成效。超声处理可以影响植物体或者某些器官的生存和生长。对器官生长影响的研究主要集中在根上,温和的超声处理能促进生根[4]。植物细胞经超声波处理,出现了一致现象,即低剂量、短时间的温和处理能明显加速和诱导植物细胞的分裂,刺激细胞生长,加速原生质体的蛋白合成;而处理时间延长,处理剂量加大则会造成负面的不可恢复的影响。利用超声波对保鲜液处理,能使插花推迟鲜重始降时间,增大最大花茎,延长插花寿命[5,6]。可见,一定频率和强度的超声波处理可以强化植物的一些生理生化指标,促进植物的生长发育。
1.5超声处理对植物呼吸作用的影响
关于植物呼吸作用的研究一直是植物生理学研究的一个热点,特别对农作物来说,其呼吸作用的大小直接关系到产量的高低,所以它的研究对农业的发展具有十分重要的理论和实际意义。1975年AlbuE研究发现低频率超声波(25kHz)处理蔬菜之后,一年生植物(如番茄和黄瓜)的呼吸强度下降,而两年生植物(如卷心菜和洋葱)的呼吸强度上升[7]。自此我们可以推测,利用超声处理相关的农作物可以提高作物的产量。
1.6超声波犁田
传统的翻地犁需要笨重的机器牵引,这不仅会压实深层的土壤,使其不能保持水分和养料;而且翻起的地表土会被风和雨水侵蚀。这是许多农民的一大心病。此外,由于多次的翻犁,植物的根以及腐烂的残留植物被翻出地表,他们会散发出二氧化碳气体。约旦的农机工程师奈达•阿布哈德发明了利用超声波松土。他的实验结果显示:松土可达土壤深度20cm。这完全满足了一般农作物的松土深度。
1.7超声处理植物根系[8]
糖类是植物体内的主要成分之一,可溶性糖主要指的是单糖和低聚糖。磷酸单糖在植物细胞中的含量不高,但它们都是光合作用及呼吸作用过程中的主要中间产物,在代谢过程中极为重要。经超声波刺激后,根系中的可溶性糖含量比对照组高大约29.6%。丰富的蛋白质是细胞进行一系列生理活动的物质基础,经过超声波刺激后,根系中的可溶性蛋白增加了35.3%,高水平的可溶性蛋白质含量保证了细胞旺盛的分裂生长能力,这说明了经过超声波刺激后,植物根部细胞分裂旺盛,生长能力强。
1.8超声除虫[9]
及促进蚕卵孵化用250W-CFS超声波发生器(中原电子仪器厂出品)匹配自带的清洗槽,果实内已生有虫子的板栗浸在清洗槽里的自来水中,在19.5~20.5kHz下,开机处理15min,结束后去水晾干,保存2周。切开板栗果实检查,长10mm左右的幼虫仍存活,而6mm以下的幼虫死亡。加长处理时间,虫子的死亡率基本一致。另外,有人曾用类似的方法及设备处理过蚕卵(约半分钟内),直接结果是蚁蚕的孵化时间达到基本一致;追踪结果为比同样条件下长大的成虫做的蚕茧的抽丝率提高。也曾有人试图用超声处理水果(苹果、梨等)中害虫,但大多无果而终。
2有待解决的问题
超声波应用于农业是一个相对较早的研究领域,但目前还没有推广使用,仍处于探索阶段,要使之进一步发展应主要从以下几个方面努力。
2.1理论研究完善问题
超声波产生的生物效应不仅与生物组织受辐照的总剂量有关,更重要的是与照射剂量在空间与时间的分配有关。对于不同生物组织,这些关系有所不同。由于影响因素很多,目前取得的一些实验结果重复性尚不能令人满意,规律性仍有待探索,因而这方面的研究尚有大量工作要做。
2.2放大问题
目前,有关超声波产生的生物效应,虽然已在处理量小的情况下应用,但大多属于实验室研究,还缺乏放大使用的中间数据;反映过程的定量化描述,还没有规范化和定量化的尺度,故在超声波刺激生物的生物效应及机理、反应动力学和反应器的放大设计仍需要做大量的、充分的研究工作。
2.3协同性问题
虽然超声波在农业生产方面具有极大优势,但超声波对生物体的作用是多方面的,这决定于超声波的频率、强度和作用时间。高强度的超声波会破碎细胞,使酶失活。而低强度的超声波可以促进细胞生长,增加酶活性,这使得超声波在农业中的应用具有双重性。所以,要使超声处理生物体从理论角度来看更合理,应将超声处理与其它处理技术联合使用,这样从技术上可行,经济上更为合理。
3超声波在农业中应用的前景展望
3.1新型高效换能器的出现
磁致伸缩材料是传统的超声换能器材料,由于其性能稳定、功率容量大及机械强度好等优点,至今仍在一些特殊领域被继续应用,但也有换能器的能量转换效率较低、激发电路复杂以及材料加工较困难等不足之处。随着压电陶瓷材料的大规模推广应用,在一个时期内磁致伸缩材料有被压电材料替代的迹象。然而,随着一些新型的磁致材料的出现,如铁氧体、稀土超磁致伸缩材料以及铁磁流体换能器材料等,磁致伸缩换能器又受到了人们的重视。可以预见,随着材料加工工艺的提高以及成本的降低,一些新型的磁致伸缩材料将在水声以及超声等领域中获得广泛的应用[10]。目前,超声换能器的工作频率从常用的低频率(20kHz)发展到较高频率(几百千甚至数兆赫兹数量级),且换能器的工作频率也从单一的工作频率发展到多个工作频率。另外,由于材料科学与技术的发展,新型的压电材料也被研制出来。此外,新型的稀土超磁致伸缩材料的成功研制也为新型的磁致伸缩换能器的研制打下了坚实的基础。这些新型高效的换能器的成功研制必将使超声技术的应用范围扩大。
超声波的基本原理范文第4篇
【关键词】TOFD检测技术基本原理应用
【 abstract 】 TOFD technology as a relatively new ultrasonic testing technology, different from past conventional ultrasonic technology, it is in the use of solid sound velocity the fastest longitudinal wave in at the end of the defects of the diffraction energy to produce testing. This paper analyses the TOFD detection technology basic theory and application.
【 key words 】 TOFD detection technology basic principle is applied
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
TOFD技术作为一种较新的超声检测技术, 不同于以往的常规超声技术, 它利用的是在固体中声速最快的纵波在缺陷端部产生的衍射能量来进行检测。在焊缝两侧, 将一对频率、尺寸和角度相同的纵波斜探头相向对称放置, 一个作为发射探头,另一个作为接受探头。发射探头发射的纵波从侧面入射被检焊缝断面。在无缺陷部位,接收探头会接收到沿试件表面传播的直通波和底面反射波。当有缺陷存在时,在上述两波之间, 接收探头会接收到缺陷上端部和下端部的衍射波信号(如图1)。A扫射频信号用在TOFD上面可以观察各个波形的相位关系,假设直通波相位为正-负-正, 那么底面反射波的相位则正好相反为负-正-负, 在缺陷上端点处形成的相位与直通波相位相反, 为负-正-负, 下端点处的相位与直通波相位相同, 为正-负-正。进行数据记录时使用灰度图成像,因为TOFD衍射信号非常弱, 可能在一个独立的A扫中不容易观察, 但是在灰度图B扫描显示中,这些信号通常很容易识别, 这样可以提高工作效率。
一、TOFD检测设备的基本组成
TOFD检测设备包括电子仪器、扫查器、超声波探头和校准试块。其中扫查器、探头和试块都是TOFD检测仪器的功能延伸。试块用来校准检测对象用的仪器、探头和扫查器的设置; 扫查器的功能是夹持探头使之保持一定的相对位置, 沿预定的(符合仪器参数模型的) 轨迹进行扫查, 传感探头扫查的位置信息; 探头负责将仪器的发射电脉冲转换成超声波脉冲信号进入检测工件, 并将缺陷衍射的超声波转换为电信号传给检测仪器。
二、TOFD技术的应用
TOFD主要用于缺陷检测, 缺陷定量十分精确,远远高于常规手工超声波检测。一般其对线性缺陷或面积型缺陷的测量误差小于1mm, 对裂纹、未熔合缺陷高度测量误差只有零点几毫米。另外,TOFD技术还用于缺陷扩展的监控, 是有效且能精确测量出裂纹增长的方法之一。TOFD检测的一般工艺如下。
1、了解被检工件
如母材厚度、焊缝结构、材料晶粒度、历史缺陷等。
2、探头选择
根据母材厚度选择探头角度、频率、晶片尺寸、通道数。
探头角度小, 直通波与底面波的时间间隔大, 分辨率高, 深度测量精度高; 而探头角度大, 扫查覆盖范围大。故对薄板工件宜选择大角度探头, 而对厚板工件宜选择小角度探头, 壁厚超过50mm的宜选择多通道同时扫查。
频率越高, 直通波和底面波的时间间隔内包含的信号周期越多, 深度分辨率就越高, 至少要达到20个周期才可获得满意的分辨率, 但波的衰减和散射也随之增大, 故不能一味增加频率。
晶片尺寸和频率决定声束的扩散角大小, 从分辨率和声束强度考虑, 应选择高频率和大直径探头,而在扫查缺陷时考虑声束覆盖范围就应选择低频率、小直径探头, 当对缺陷尺寸测量时要更多地考虑分辨率。一般选择探头时宜采用的参数见表1。
3、 PCS的选择
PCS即每对探头的中心间距,使用2t/ 3法则, 使探头声束中心聚焦在2t/ 3处, 确定探头间距。在特定区域扫查时也可以把PCS设置为某一数值, 使焦点位于指定深度。完成以上步骤后将探头固定在扫查架上, 在测量PCS时应从2个探头的入射点算起（见图2）。PCS值=2S=2d x tanα=4D/ 3 x tanα。
图2计算示意图
4、设置TOFD参数
按照设备操作说明逐步将所选通道、探头角度、数字化频率、探头间距、检测厚度、增益设置、时间闸门等参数输入软件系统, 并仔细核对是否有误, 以免系统计算结果错误。
5、校准
这是非常重要的一步, 决定着缺陷尺寸测量的精度。可以用试块或工件无缺陷处进行校准, 检查被检工件厚度的TOFD测量值与实际值是否相符, 也直接校准了测量工具的零点。
6、扫查
可以手动扫查或使用自动扫查器, 扫查时探头与工件表面要耦合良好, 扫查架应有足够弹性保证探头间距不变, 要保证直的扫查线, 速度要均匀。扫查分为与声束垂直方向的非平行扫查( D扫描) 和与声束同一方向的平行扫查( B扫描) 。
扫查完毕数据采集过程即结束, 为保证采集到清晰的图像可做多次扫查, 取效果好的图像进行数据分析。以下是对某电厂在用汽包缺陷进行TOFD检测的过程及结果。
某电厂66万kW电站锅炉已运行13年, 汽包环焊缝存在制造遗留缺陷。在早期的定期检验中用常规超声波模拟机进行过检测, 缺陷大约长370mm, 中间有30mm间断, 埋藏深度大约为80mm,每次定期检验都要对缺陷重新检测以确认是否扩展。本次检验除用常规数字超声仪检测外, 还采用TOFD检测技术, 对缺陷精确测长和测高, 以方便以后检测时进行缺陷尺寸对比。
检测时采用的是美国产TOFD设备, 探头为5MHz, 针对该缺陷直接采用单通道, 角度为550, 探头间距PCS值= 2 x 80 x tan55= 228. 5mm, 晶片直径为6mm, 数字化采样率为125MHz, 手动非平行扫查。汽包环焊缝扫查过程图片见图3, TOFD检测的缺陷图像见图4。
图3汽包环焊缝扫描过程图片
图4TOFD检测的缺陷图像
三、图像数据分析
在TOFD检测中, 可以说数据采集是一个相对简单的工作, 最重要和最困难的是对数据进行正确分析。对TOFD检出的任何缺陷信号, 都应有缺陷位置、长度、深度、高度、缺陷类型等参数的描述。
1、缺陷定量
（1）测长
与常规超声波缺陷的测长不同, TOFD图像中缺陷的两端由于波束扩散信号形成弧形, 因此在测量缺陷长度时采用特殊的抛物线指针, 让抛物线与图像的弧形相吻合, 此时指针的中心线对应缺陷的端点。当然这种测量方法对平行于工件表面的缺陷长度测量比较精确, 而对于有曲线外形的缺陷长度测量误差较大。
（2）测高
根据图像的灰白颜色代表的正负相, 对照A扫描波形显示, 使一个指针放在图像上端点的负相, 另一指针放在下端点的正相, 此时显示的差值就是缺陷高度, 深度自然也就知道了。
2、缺陷定位
在常规超声波检测中, 缺陷的定位是通过测量缺陷距离探头前沿的位置确定的, 而TOFD检测中, 在进行D扫描时得到的图像是最短时间的声程, 是在2个探头的中心线上。为确定缺陷相对焊缝中心线的距离, 还需进行B扫描得到缺陷的精确数据, 从而测量缺陷在焊缝的位置。
3、缺陷定性
跟常规超声波检测一样, TOFD技术对于缺陷的定性比较困难, 这需要检测人员除了信号特征外还要了解尽可能多的工件及焊缝背景知识。对于有自身高度的内部缺陷, 观察其上下尖端的衍射信号的相位很重要, 上下尖端的相位是相反的。
参考文献：
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[3] 白艳,邢涛. 焊接结构超声TOFD法的研究现状及展望[J]. 森林工程, 2010,(05) .
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超声波的基本原理范文第5篇
【关键词】超声波测距；LCD12864；发射器；接收器；单片机
1.引言
随着科学技术的发展，超声波测距也越来越起到很大的作用。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如车辆上安装了超声波，给停车、避障提高了准确性，减少了交通事故的发生；如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。也可用于液位、井深、管道长度的测量等场合。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制并且在测量精度方面也能达到工业实用的要求
2.模块介绍
2.1 超声波测距模块介绍
超声波测距模块可以直接购买如图1所示的模块，其模块有4个引脚输出，Vcc供5V电源，TRIG为触发控制输入端，ECHO为回响信号输出端，GND为地线。
该超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，模块内部包含了超声波发射器，接收器与控制电路。使用时，只要根据时序图，用程序来实现数据采集及显示。
2.2 LCD12864显示模块介绍
液晶显示模块是128*64点阵的汉字图形型液晶显示模块，课显示汉字及图形，内置国标GB2312码简体中文字库（16*16点阵）、128个字符（8*16点阵）及64*256点阵显示（GDRAM）。可与CPU直接接口，提供并行与串行两种连接方式，但我们一般采用并行传输方式，和单片机的连接图如图3所示，具体使用可参考LCD12864的使用说明书，按照指令的要求去编写程序来实现实时显示。特别强调的是：
（1）当模块在接受指令前，先检查内部是否处于非忙碌状态，即读取BF标志，标志为0时，方可接受新的指令，可以专门用一个判断是否忙的函数来检测。程序模块如下：
（2）欲在某一个位置显示中文字符时，应先设定显示字符位置，即先设定显示地址，再写入中文字符编码。
（3）显示ASCII字符过程与显示中文字符过程相同。不过在显示连续字符时，只须设定一次显示地址，由模块自动对地址加1指向下一个字符位置，否则，显示的字符中将会有一个空ASCII字符位置。
（4）当字符编码为2字节时，应先写入高位字节，再写入低位字节。
汉字的显示坐标如表1所示，定义显示值时，在程序编写时要设置好。
具体实施时，只要给出两个参数，即可在相应位置显示，程序代码如下：其中y表示第几行，x表示起始行位置。
有了以上这些基本的简介后，我们就可以很容易根据LCD12864的说明书，分别写出写指令写函数等，然后把超声波测出的距离值实时代入给液晶显示函数，从而实时显示出超声波测出的前方障碍物的距离值。
3.超声波测距并显示的硬件设计
3.1 系统框架图（如图2所示）
3.2 单片机与超声波模块连接并显示的原理图
其原理图很简单，就是单片机的最小系统模块加常用的LCD12864显示模块，还有就是超声波测距模块的4个引脚，具体原理图如图3所示。
3.3 超声波测距的工作时序图
有了系统框图及原理图和超声波的工作时序图（如图4），我们就很容易利用单片机来实时测距并实时显示。以上时序图表明单片机在控制时只需要提供一个10uS以上的脉冲触发信号，该模块内部讲发出8个40Kz周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回波信号。回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。由此通过发射信号到收到的回响信号的时间间隔可以计算得到距离。对于12864的显示原理及显示时序在此不再详述。
4.超声波测距原理及软件设计
超声波测距的基本原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。首先给TRIG端触发测距，给至少10uS的高电平信号，以此来触发内部的发射器产生40KHz的超声波，同时单片机不断检测是否有回波，当一检测到回波信号是高电平，马上启动定时，开始计时，同时开中断，通过ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。所以测量距离为：
测量距离=（时间*声速（340M/S））/2具体流程图如图5。
建议测量周期在60ms以上。计算是取出的值如何转换，首先把定时器的值取出合并，然后根据晶振值换算出距离公式，具体程序模块如下：
注意事项：
（1）在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。
（2）此模块不宜带电连接，若要带电连接，则先让模块的接地端接地。
（3）测距时，被测物体的面积不少于0.5平方米且平面尽量要求平整，否则影响测量结果。
（4）由于超声波有测量盲区的固有特性，因此，如果近距离测量时，当测量位置发生变化而接收到的数据不变时，说明进入了测量盲区。
（5）模块在测量远处物体时，如果没有测量数据返回，可能是超出测量范围，或是测量角度不对。可以适当调整测量角度。
5.结语
本设计软件采用模块化设计，硬件设计简单实用利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，所以超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现，在移动机器人小车上经常加个舵机，利用超声波测距就可以很容易实现超声波避障小车。超声波测距将会应用在越来越多的领域，也会带来更多的便利。
参考文献
[1]郭天祥.新概念51单片机C语言教程：入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京电子工业出版社，2009.
[2]孙贤安，等.基于51单片机的小车蔽障电路实现[J].电气技术与自动化，2006.
