学文网超声波技术篇1
关键词：超声波清洗；发展历史；研究现状；展望
1 超声波清洗技术的发展历史
1.1 超声波清洗技术的起源
超声波清洗被称为“无刷清洗”，原理是由超声波在水中产生足够的能量，让水内部发生“空化效应”，使得需清洗物体表面的污染物快速脱离。超声波清洗的适用范围很广，重的金属部件、轻的微小芯片都可以清洗的很好。超声波清洗最早被应用于上世纪五十年代，清洗领域有电子领域、光学领域、医药领域等。
日本专家柴野佳英经过不断的实验最终认定起到清洗作用的是真空的气穴，了传统认为的超声波的疏密波起到清洗作用。1987年柴野佳英发表了超声波清洗的理论，并且根据这一理论制作了先进的超声波清洗装备，在行业内引起了巨大反响并得到了市场的认可，其制作的设备因性能优越占据广泛市场。
1.2 国内外超声波清洗技术研究概况
我国的超声波清洗技术方面研究相对较早，超声波清洗技术在我国发展非常快速，超声波清洗机以其优越的性能在市场上也得到了越碓蕉嗟挠没У那囗：（1）机械和工业领域有金属元件喷涂、机械损坏元件替换时应该清洗。（2）树脂镜片、照相机镜头、滤光片等高级光学镜片需要清洗。（3）医疗器械、高级实验器材、食品加工制造器械需要清洗。（4）黄金首饰、贵重摆件、高级家居饰品等需要清洗。
国外超声波清洗设备种类繁多，超声波清洗设备应用领域非常广泛，各种超声波清洗设备不断推陈出新。高频超声波清洗技术在国外超声波清洗设备中所占比重非常大。例如美国的Verteq、Imtec、ProSys 公司研制的高频超声波清洗机用来清洗微小芯片，其清洗机可以把0.15纳米的污染物清洗掉，还可以防止污染物再次污染。
2 超声波清洗技术现状
2.1 兆赫级超声清洗
兆赫级超声清洗这种高频清洗方式的清洗原理是利用声压梯度等效应，不是传统的利用“超声空化效应”来实现清洗目的。其工作频率为0.7MHZ到1MHZ的高频，工作时基本不会发生超声波“空化效应”。高频超声波清洗不会因“空化效应”产生强大的清洗力，因此其优点是对类似集成芯片这样体积小、容易受损的物件既能清洗的很好也能很好的保护器件，从而在电子元件清洗领域应用非常广泛。
2.2 聚焦式清洗
聚焦式清洗是可以在局部区域发生高强度的超声波，工作频率有15K、20K、28K。聚焦式清洗方式可以弥补普通超声波清洗方式由于超声波能量不够而引起的清洗不彻底，比如纺织领域的过滤器等微控器材的清洗对于普通超声波清洗则效果不好，而聚焦式清洗方式可以清洗的很好。
2.3 多频清洗
多频清洗是由多种频率的换能器同时发生不同频率的超声波来清洗物件。不同的超声波频率对物件的清洗效果是不一样的，低频可以对物件表面清洗的很好，而高频则对物件细小部位的清洗效果很好，因此高低频配合可以使物件整体清洗的很好。多频清洗还可以解决因单个频率的超声波产生对“驻波声场”的影响，使得物件的清洗不够均匀。
2.4 扫频和跳频清洗
扫频和跳频清洗二者都有改善超声波清洗容器内超声场的结构，扫频可以改善清洗容器内的驻波场，使物件清洗的很好。跳频和多频都可以根据实际情况选择高低频。不一样的是跳频是一种换能器有两种频率，根据需要选择发生那种频率。低频超声波清洗物件表面的污染物，高频超声波清洗内部细小的污染物，配合清洗使物件清洗干净。
2.5超声振动清洗
超声振动清洗是超声波通过变幅杆和振动头传送到需要清洗的物件上，最后由于高速振动物件表面污染物脱落实现好的清洗效果。这种超声波清洗的新方法和普通超声波清洗方法不同的是超声振动清洗不需要清洗液，以及其仅适合部分物件的清洗。
2.6 多槽式全自动联合清洗
多槽式全自动联合清洗是多槽联合智能控制的功能全面、降低劳动强度、提高综合效率的智能设备。它可以对放入清洗槽内的不同大小、不同材料、不同形状、不同污染程度的物件根据其不同情况，不同方位发生对应的频率、功率等超声波，最终实现用最少的成本达到最佳的清洗效果。
3 超声波清洗技术的发展方向
超声波清洗有其他清洗方式无法比拟的优点，再加上我国科技实力的不断加强，我国市场经济的不断完善，国际间的技术交流日益密切，这些为超声波清洗行业带来了强大的动力。超声波清洗运用也会越来越广泛，由以前运用于清洗机械工件、电子元件等少数领域，发展到以后清洗化工领域、国防领域、***事领域、首饰加工领域、飞机工业领域、食品清洗领域、餐具清洗领域、按摩洗浴领域等广范围的***事、工业、民用领域。
超声波清洗技术在清洗领域是新兴的清洗技术，过去对人们的生活的提高、工业生产效益的提高做了很大的贡献。现在伴随着我国科学技术的不断发展和国家经济的更加繁荣，超声波清洗技术作为一种优越的清洗技术在使用范围上一定会越来越广，可以想到在不远的未来，我国的超声波清洗技术将会迎来一个黄金发展期，为我国在工业上提高清洗效率、降低生产成本，在环境保护上节能减排。
4 结束语
超声波清洗技术和其他清洗技术相比有无法比拟的优势，超声波清洗技术的发展依赖众多学科，超声波清洗要想更加节省能源、更加降低清洗成本、更加高效洁净清洗，还需要多学科地不断创新和改革完善。随着人们生活质量要求的提高和科技飞速的发展，超声波清洗技术有丰厚的研究价值和回报。我们坚信超声波清洗技术一定会向更好更完善的方向发展，超声波清洗行业一定会更加繁荣。
参考文献
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超声波技术篇2
关键词：超声波、污泥处理、环境卫生、低强度
中***分类号：S141.6 文献标识码：A 文章编号：
1引言
污泥处理处置方法很多，但各种方法均存在弊端，如焚烧法成本较高；海洋倾倒对海洋生态环境影响；厌氧消化时间长，处理过程慢等缺点。广泛采用的污泥处置方法由于各自存在的问题给污水处理带来了沉重的负担。污泥处置已从过去仅仅作为污水处理的一个单元发展成了在污水处理厂设计、运行中不得不优先考虑的重要环节。有必要对污泥处理的途径提出一些新的思路和方法。新开发的超声波处理方法，兼有各种方法的优点，污泥分解速度快，适用范围广，可与其他处理技术结合使用。
2、超声波处理技术基本概述
作为一个研究热点，超声波处理污泥日益受到人们关注。
超声波处理的作用机制分为机械机制、热学机制和空化机制，其中空化作用更容易在20～40 kHz的频率范围内发生。研究表明，超声波作用频率在41～3217kHz范围内的剩余污泥预处理，得出低频41 kHz超声波对污泥分解是最有效的。专家指出：超声波预处理污泥对环境有益而不是有害。
超声波作用对污泥中生物体的影响与超声作用的频率、声强、时间以及生物体对超声波的承受能力有关。在合适参数的超声作用下，可以促进生物体代谢，然而过高能量可能抑制生物体生长，甚至使其分解。
高强度超声波可对生物体产生不利影响，其原因主要是由于瞬态空化产生水力剪切力对细胞壁和细胞膜的机械破坏作用，实验证实超声空化产生的自由基一定程度上可导致微生物死亡。因此，高强度超声波具有显著的破坏作用，对生物体产生不可逆的变化。
低强度超声波作用时，产生细胞原浆微流，改变细胞内溶物的空间位置，这种变化决定了超声波对细胞的刺激作用。细胞原浆微流又可引起细胞半透膜的弥散过程和膜内外电位发生改变。现已发现，低强度的超声波作用可刺激细胞内的蛋白复合物生长合成过程。实验表明，低强度超声波并不破碎细胞壁，只是打散了絮体结构，加快了水解的速度。
低强度超声波处理是基于输人的超声波只破碎污泥微粒之间的紧密连接，减小絮体尺寸至10的数量级，从而改善微生物细胞膜的通透性和水解作用，强化液一固体系传质，从而加速微生物代谢的污泥处理方法。这与当今大多数着眼在直接破碎细胞壁和细胞膜释放生物固体内的有机物至液相不同，而是在较容易发生空化作用的20～40kHz频率范围内，输人不能完全破碎污泥絮体和细胞壁，但能改善传质和刺激微生物代谢的超声能量，强化微生物内源呼吸过程，达到污泥减量的目的。
3、超声波设备的组成
超声波反应器，主要由电磁发生器、转换器和振子组成。电磁发生器根据设 定的超声波频率，产生相应的电磁振荡，转换器将这一电磁振荡转换成机械振动，由振子送入污泥，在污泥中形成超声波场。由于振子是浸在污泥中的，而超声波是在整个反应空间分布的，因此振子也处在有“热点”分布的极端物理条件下。为避免振子过速磨损，必须采用高性能材料，如钛合金。
4、超声波技术在国外处理污泥的应用实例
德国巴姆堡市污水厂原设计能力30000m3/d ，包括近一半的工业废水。由于管网扩充和改造等原因，现在实际来水量是40000m3/d ，每天的污泥量相应增加，导致原有三个污泥罐容积不够（发酵时间是25天）。经过讨论，有关机构建议新建造一个容积为3000立方米的污泥罐，以保证污泥的停留时间。建造这个污泥罐的投资将达330万欧元再加上安装费用等。经过方案比较，厂方决定购买三台超声波污泥反应器对污泥进行预处理。一期两台运行3个月后，沼气产量增加30%，污泥停留时间从25天降到18天，从而满足了在不建造新的污泥罐的情况下保证消化深度的要求。由此可知，需要进行超声处理的只是其中的一小股污泥，一般取剩余污泥的30%左右。从运行成本的角度考虑，也不必将其中的微生物细胞全部击破，而只是一小部分，因为被击破的微生物细胞释放出的酶等物质可以使整个水解过程加速。
5、超声波技术的其它效益
5.1、二氧化碳排放权考虑
假设将全国的污水厂污泥经过超声波处理并发酵，可节省一半的污泥罐容积和建造投资，每年产生沼气20亿立方米，可产生5×1016焦耳的能量。用来发电，可以满足一个装机容量60万千瓦的发电厂的需求，而要维持这个热电厂每年需要标准煤近200万吨，排放600多万吨二氧化碳。
5.2、环境卫生效益
超声波处理污泥提高其发酵速度的一个关键因素是污泥中的微生物细胞壁被击破后，酶被释放，后者加速了其余细胞壁的破坏速度。同样，这一机理对有害病菌也适用。传统的污泥发酵罐可以杀灭大多数病菌，但有些顽固的病菌，如结核病菌，是不能被杀死的。而细胞酶的释放，有望解决这一难题。从而使污泥处理不但是污水处理的重要环节，同时是切断病原传播途径的重要环节。
6、超声与其他技术联合应用
国内外对污泥超声破解技术的研究主要集中在污泥破解后固体物质物化、生化特征的变化情况及对加速后续厌氧消化进程或污泥减量的影响。对于大量污泥的处理，超声技术可作为一种预处理技术与其他处理技术联合使用。研究表明，超声与碱解联合破解污泥效果，实验得出投碱和超声波同时作用污泥处理效果更高。超声与其他方法如厌氧、好氧处理，污泥的厌氧处理的联用，然而对于每一种应用，超声能量输入和细胞分解程度及厌氧消化时间都有优化组合。据有关报道，德国利用超声波进行污泥减量已进入实际应用阶段，而国内在这方面的研究基本上处于初步实验研究阶段，仍需进一步争取进入实用阶段。
7、展望
由于污泥成分的复杂性及影响超声处理的因素多面性，因此，超声处理污泥是一个极其复杂的过程，尤其机理仍有待于进一步研究，污泥破解技术还有待进一步发展、完善。目前，超声波应用于污泥处理其减量化存在的主要问题是超声处理运行参数的优化、超声效率有待提高以及超声反应器的合理设计等。同时应注意与污水处理工艺的合理组合，这样才能发挥超声波的特点，并为其在实际工程的应用打下基础。
今后要做的工作是：
1.进一步研究超声处理污泥的机理和影响因素；
2.不同频率相互作用下的超声处理效果；
3.不同反应器中声场的研究；
4.超声波技术与其他技术联合应用；
5.解决超声处理从实验室走向实际应用中存在的超声反应器的材料、设计、功耗、处理效果、经济成本等关键性问题。
参考文献：
超声波技术篇3
关键词：天然气；超声波流量计量技术；应用
相对于传统技术技术新型天然气超声波计量技术具有更高的准确度，但是这种计量技术的计量结果也会受到一定因素的影响，为了保证获得准确的计量结果本文将对影响计量结果的因素进行分析，并且探讨实际运用中应当注意的问题。
一、天然气流量计量中气体超声波流量计的应用
天然气流量计量主要是通过多参数测量实现的，并且还需要设置相应的流量比对装置以确保测量的准确性。为了进一步保证实验数据的准确性和有效性，将一套标准孔板流量计与气体超声波流量计进行串联运行。选用的气体超声波流量计为四声道，具有300mm内径，流量范围是240~6405m3/h。
（一）气体超声波流量计准确度与超声的关系
表1阀门1控制流量、阀门2全开时气体超声波流量计的运行气体超声波流量计测量准确度会受到被测介质内部噪声的影响。如果采用气体超声波流量计这种方法来控制流量的大小，那么其节流的声音与流量的增加是成正比的关系，标准孔板流量计与气体超声波流量计之间的相对误差就会加大，这就会发生这两种流量计所计算出来的流量严重不相符。当阀门1全部打开的时候，在阀门2控制流量大小的情况下，气体超声波流量计的信噪会相对比较大，标准孔板流量计和气体超声波流量计之间则会具有相对固定的误差。实验数据如表1和表2。根据表1和表2可知，如果由上游阀门1节流，气体超声波流量计信噪就会比上游阀门全开时低，这是因为当上游阀门在进行节流的过程中，人类无法听到的高频声波和人类可以听到的声音将会同时产生，如果声波频率与气体超声波流量计量的工作频率无限度相似的时候，那么就会造成气体超声波流量计信噪比的减小，这样流量计的测量准确度就会受到影响。
（二）气体超声波流量计与流态的关系
根据GB/T18604-2001《用气体超声博流量计测量天然气流量》中的相关规定，气体超声波流量计的上游直管段至少具有10D、下游直管段至少具有5D，其目的就是确保符合对称紊流速度分布要求的天然气流态可以进入流量计。空间弯头和计量管路中阀门对天然气的速度分布会有直接影响，从而使测量的准确度有所降低。气体超声波流量计的升到分布示意***如***3，四个声道沿管道横截面由上至下分布。管道中气体的平均流速可以通过气体超声波流量计加权平均各个声道测得的流速获得。在阀门1节流、阀门1全开测得的气体流态在管道中分布情况如表3和表4所示。根据***1、表4、表5可知，在阀门1节流的情况下，通过超声波A、D声道流速大于B、C通道流速可知，天然气在管道中的流速分布不均匀程度会随着流量增大而增大。随着流量的增大管道内气体的分布逐渐代替分布，换句话说，管道中心气体的流速小于管道壁的气体流速，当全部打开上游气流的阀门的时候，不会阻挡气流，管道内的气体流速不会随着流量的增加而产生较大的变化。当闸阀没有完全开启的时候，天然气的经过会受到阀门闸板的阻挡，产生不对称的旋转气流，这实际上是漩涡流的发展前兆。
（三）气体超声波流量计与气质的关系
气体超声波流量计在我国发展较晚，所以还没有在真正全面认识其实际工作性能。一般情况下来讲，在进行气体超声波流量计的过程中，对其气质条件并没有严格的要求，工业环境下可以实现气体的大多数清洁均质液体或不含大浓度悬浮粒子的流量测量。在用气体超声波流量计测量天然气的过程中，如果天然气当中含有大量的粉尘、雾状液滴和饱和水蒸气的时候，就应该充分考虑到气质条件可能带来的影响。最初，笔者发现相较于标准孔板流量计这种方法而言，气体超声波流量计的流量测量结果相对偏高。通过对气体超声波流量计进行诊断的过程中发现，处于非工作状态下的D声道很容易被饱和天然气所凝析出来的液体淹没，从而影响了换能器的正常运作。当排除积存在管道内的液体的时候，超声波流量计就可以恢复正常的工作状态。在一个声道发生故障时多声道气体超声波流量计能够实现自动补偿运算，进而造成流量计的流量输出略高于正常情况。能够影响气体超声波流量计工作性能的还包括天然气中的粉尘，例如当上游某个气体处理厂没有正常开机时，分子筛中的粉尘会随着气体超声波流量计的工作流程而带入进来，这样就很容易在底部的换能器处造成粉尘堆积的现象，影响气体超声波流量计的正常运转。
二、应用气体超声波流量计时应当重视的问题
（一）科学选型
一般情况下，型号不同的流量计，其测量的范围也是不同的，实际生产生活中涉及到的超声波流量计的测量范围都较为宽广，最大流量通常是最小流量的三十倍。利用测量天然气的流速确定天然气流量是气体超声流量计的工作原理，2.7~27m/s是其理想的工作范围，气体超声波流量计要想保证检测准确度就应当将工作流速控制在这个范围内。如果天然气流量比气体超声波流量计的流量拐点低时，就会在一定程度上降低气体超声波流量计的准确性，造成增大误差的后果。而在天然气流速过高的情况下，超声波信号无法被换能器检查到，进而造成计量故障问题。因此，进行超声波气体流量计选型时，应当正确掌握管道中天然气的流速，防止超底限或超高限运行情况的产生。选择气体超声波流量计时，还应当对是否存在声波干扰源进行充分考虑，其中主要指的是消音设备、大压差减压设备、高速度等能够产生超声波信号的设备。人们耳朵能够听见的声波通过消音设备能够转化为听不到的声波，一旦气体超声波流量计工作频率接近消音设备的超声波频率或减压设备的超高频噪声，那么超声波流量计就会无法正常工作。所以应当尽量避免在能够产生影响流量计声波场合，安装和选用气体超声波流量计[1]。
（二）严格安装
设置气体超声波流量计上下游直管段的过程中，应当充分执行相应标准，其中上游直管段和下游直管段应当分别大于10D和5D，并且还应当安装流动调整器解决安装条件受测量现场限制的问题。同时安装气体超声流量计时应当保持水平方向，这样就能够有效测量含液较多的天然气，还要严格根据技术要求进行气体超声波流量计和计量管段的安装，以保证气流就能够将天然气凝析出来的液体带走，防止超声波流量计存在液体堆积问题。如果固体粉尘含量较大额天然气，就应当将在上游直管段加设过滤器，避免因换能器表面堆积沉积物而产生故障[2]。
（三）科学维护
在使用气体超声波流量计的过程中，需要进行维护的情况少之又少，但如果计量气体气质较差那么就需要对气体超声波流量计的换能器进行及时清洗，并对换能器表面是否存在水沟和杂质进行检查。同时还应当关注有无泄漏存在于气体超声波流量计的各连接件中，链接线路是否正常以及检测零流量是否准确等等。
（四）定期诊断测试
一旦气体超声波流量计产生流量突变的情况，就应当运用其他与气体超声波流量计串联运行的流量计进行比对校核，确定显示天然气流量变化的真正原因。对于没有其他流量计作比对的情况，就应当通过气体超声波流量计的诊断软件对各个换能器的工作参数进行全面检查，进而了解异常参数值是否存在。对于使用超声波流量计较多的情况，应当将便携外夹式超声波流量计作为首选，这样能够随时校核固定安装的超声波流量计[3]。
结束语：
新型天然气超声波流量计量技术作为一项先进的技术，已经得到人们的广泛认可和运用。但是在实际运用过程中仍然要充分考虑影响计量过程的相关因素，并通过采取相应的措施获得最准确的计量结果。
参考文献：
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超声波技术篇4
超声波检测是不破坏原岩土的受力结构，应用相关的检测设备对锚杆进行检测。在检测时，对杆端进行外力震击，从而引起杆端的剧烈振动，并产生沿锚杆向杆底传播的应力波。如果应力波的波形、波速、波峰值保持不变，在锚杆中均匀传播，则表明锚杆的完整性比较好。如果应力波的波形、波速、波峰值发生变化，则表明沿锚杆长度方向上存在缺陷。由于超声波检测对锚杆不产生破坏，所以特别适用于重要岩土工程大面积检测工程。
2锚固锚杆应力波超声波检测工作流程
在进行锚杆超声波检测数据分析之前，首先要调查清楚围岩土地的基本地质状况，然后再标定锚杆杆头应力波速度，利用检测装置采集反射波反射回来的数据，通过一系列的分析整理获取岩土中锚杆的长度、锚杆的完整程度等基本信息。因此，超声波检测技术基于应力波检测的工作流程大致为：收集围岩地质基本资料，标定应力波速大小，利用检测仪器进行数据动态采集，拉拔抽检试验、时域波形分析、频谱分析以及时频频谱分析等，最后准确获取锚杆的长度和完整度。
3锚杆超声波检测技术基本原理
当锚杆杆端受到外力震击后，就会引起杆端的剧烈振动，并产生应力波沿锚杆向杆底处传播。如果锚杆质量完好，则锚杆为应力波提供了一个均匀传播的介质，此时应力波的波形、波速、波峰值均保持不变。如果存在缺陷，则应力波就会在不均匀的材料中传播，在有缺陷部位应力波将发生突变，从而使得应力波的波形、波速、波峰值发生变化，会发生透射波、反射波或者散射波等现象。实际检测工程中发现，由于透射波在受到锚杆内非均匀介质的作用下，仪器很难准确测量其具体值；可以通过对反射波的分析获得锚杆的质量水平，当应力波反射传播到锚杆杆顶时，由原先装置在锚杆杆顶处加速度或速度计应力波传感器采集测得。由于反射波的数据信息代表着锚杆质量的相关信息。因此，对反射波携带的数据进行信息分析后，就可以得出锚杆质量的完整程度，从而可以获取锚杆的综合安全性能指标。
4超声波检测中锚杆锚固失效分析
4.1锚杆杆体钢筋拉断
钢筋是围岩锚杆中的主要受力体，主要提供拉力，同时由于锚杆底端的丝扣部位，经常性出现几个应力共同作用，使其该处发生应力集中。当应力增大到一定程度时，则会使锚杆中的钢筋拉断。为了解决钢筋被拉断，实际工程中常对钢筋进行热处理，从而提高钢筋的韧性，防止钢筋拉断现象的发生。
4.2托板失效
由岩土工程可知，在实际工程中常发生锚杆托板失效现象，为了解决托板失效，实际工程施工时通常选用增大锚杆托板的厚度，或采用高强度钢材等提高锚杆托板的耐压性能，从而提高锚固结构整体的性能。
4.3局部薄弱点破坏，致使锚空失效
大量岩土工程实践表明，由于岩土围岩局部薄弱部位发生破坏引起锚杆出现锚空失效现象。当采用锚固锚杆技术进行岩土工程加固支护时，由于在围岩中薄弱点处荷载产生的应力分布不均匀，就会在围岩的薄弱环节处出现局部破坏现象，导致锚杆的切向锚固力瞬间减小甚至消失，锚杆的径向锚固力也随之减小，锚固结构支护性能降低，发生锚杆锚空失效现象。
5结语
超声波技术篇5
关键词：超声波 超声波探伤 探伤仪的工作灵敏度 纵波 爬波 声耦合剂 底波 缺陷波 RTV
中***分类号：TM216 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（c）-0247-02
瓷制绝缘子是电网设备的重要组成部件，由于其长期运行在强电场、强机械应力、风雷雨雪天气、环境污染严重等恶劣条件下，以及瓷绝缘子本身在生产制造过程中产生的内部缺陷，都使瓷质部件存在着很大的断裂风险。近年来，国内已多次发生变电运行或检修工作人员由于绝缘子断裂导致伤亡的事故，严重影响了电网设备的安全运行，也给电力职工的人身安全造成了严重威胁。为了防患未然，尽力避免发生此类事故，国家电网公司已专门成立了高压支柱绝缘子事故调查小组，对近年的多起事故进行调查分析并提出整改方案。华北电网有限公司制定了《高压支柱绝缘子超声波检测导则》及超声波探伤检测人员培训方案，逐步将超声波探伤技术应用于实际的生产工作中。
超声波探伤是目前应用最广泛的无损探伤方法之一。超声波是一种机械波，机械振动与波动是超声波探伤的物理基础。而超声波探伤中，主要涉及到几何声学和物理声学中关于声波的反射、折射、波形转换、波的叠加、干涉、绕射、惠更斯原理等知识。如果能熟练的掌握相关知识，对于在实际工作中分析和解决各种问题将是十分有益的。
1 基本概念解释及检测设备选择要求
1.1 基本概念解释
超声波是一种机械波，机械振动与波动是超声波探伤的物理基础。超声波探伤就是利用超声波的指向性和传播规律来检查工件中存在的缺陷情况。此类探伤工作需要使用专用的检测工具即探伤仪才能进行，而探伤仪在一定条件下探测缺陷大小的能力被称为探伤仪的工作灵敏度，它是决定探伤仪能否准确的发现被检测设备缺陷的重要因素。
利用超声波对瓷制绝缘子探伤最常用到的两种方法就是小角度纵波检测和爬波检测。所谓纵波，是指介质质点振动方向与波的传播方向一致的波。爬波是指表面下纵波，是当第一介质之中的纵波入射角位于第一临界角附近时在第二介质中产生的表面下纵波。常用的小角度纵波检测和爬波检测都是利用了纵波的传播特性来进行工作。
为了把超声波探伤仪的探头发射的超声波射入被测品，避免探头和探伤接触面之间造成空隙而需要施加一种介质即声耦合剂（如水、机油、纤维素合成物等）。在检测过程中，探伤仪所装备的显示屏上会实时的显示出各种信号，其中包含有由于工件底面引起的反射波（底波）信号和由于缺陷引起的反射波（缺陷波）信号等。由于目前许多瓷制绝缘子表面都涂有一种用来提高设备憎水性和电绝缘性的涂料（RTV），其对超声波检测有一定的影响，有时会由于喷涂时产生的问题，会在探伤仪上显示出一些干扰波信号。检测人员必须能清楚地分辨各种波的信号，并根据信号判断是否存在缺陷。
1.2 超声波探伤设备基本要求
对于用来进行探伤工作的超声波探伤仪，在《中华人民共和国机械行业标准——超声波探测瓷件内部缺陷（***/T 9674—1999）》中有明确的规定。
超声波探伤仪应满足以下要求。
（1）仪器工作频率应包括1～5MHz。
（2）仪器标称探测深度应不小于被试品的高度。
（3）具有总衰减量不小于50dB，衰减调节精度为±1dB以下的衰减器。
（4）当探伤发射功率较大，且电源电压在标称电压±10%范围内变化时，水平线性下不应有明显的变化。
超声波探伤仪所使用的探头应满足下列要求。
（1）采用单直探头，根据需要在-5MHz范围内选择探头频率，推荐为1.25MHz或2.5MHz。探头晶片直径可根据需要选择。
（2）探头发射的超声波主声束在垂直方向偏向角应不大于2°。
对试品的规定如下。
瓷件两端面的平行度和主体轴线直线度应符合GB 772的规定。探测面应平滑，其粗糙度应不大于10μm。
对耦合剂的规定如下。
应采用良好的声耦合剂，如水、机油等，且必须保持耦合剂的清洁。
在实际的工作中，我所在公司使用的广东汕头超声电子股份有限公司生产的CTS-9008型陶瓷绝缘子超声探伤仪。该设备是针对电力行业中高压支柱瓷绝缘子及瓷套检测的专用数字式超声波探伤仪，设备要求符合国家标准，抗电磁干扰能力强，而且携带比较方便，对测试结果的显示也很清楚明白。目前已经大量装备于唐山供电公司及其各分公司。
2 典型事故案例分析及绝缘子检测相关规定
随着电网的迅速发展，使用瓷支柱绝缘子数量逐年加大，高压瓷支柱绝缘子断裂引发的事故时有发生。据来自山东电网的不完全统计，自1999年来共发生220kV瓷支柱绝缘子折断7起，3次全站停电，对电网的安全生产特别是人身安全构成极大威胁。
2.1 典型事故情况
（1）2002年4月12日，莱芜电厂220kVⅡ母线、泉莱线、莱山线春季停电清扫、预试，当拉开#3923-3刀闸（GW4/220），刀闸头相距80cm时，开关侧B相支柱瓷绝缘子下节法兰根部断裂，上节掉落，相邻的TA接线板在引线作用下断开，未造成停电和人员伤害。断裂的支柱绝缘子为1981年普通强度瓷产品，断面有黄芯，分析为产品质量问题。
（2）2004年3月13日，临沂温水站将220kV#1母线负荷并列倒至#2母线运行，拉开201-1刀闸，当导电摺架下落至中间位置时，201-1刀闸B相支持支柱绝缘子断裂，造成220kV#2母线A、B相相间短路，并将A相支柱瓷瓶拉断，全站失压进而使温云线单电源供电的220kV云蒙站全站停电。断裂支柱绝缘子为1995年普通强度瓷产品，折断部位在下节支柱的上法兰根部，上、下节抗弯强度6kN，而实有2.5kN。分析为上、下节装配不对，下节应具备倒装试验要求。
（3）2012年5月8日17：13，陕西电网330kV延安变进行110kV母线倒闸操作过程中，110kV1116延马1线II母侧刀闸支柱瓷瓶断裂，110kV母差保护动作，两条110kV母线跳闸，致使马家湾、吴起、志丹、东郊4座110kV变电站失压，损失负荷8.1万千瓦。
2.2 断裂原因分析
2.2.1 生产管理和制造工艺存在缺陷
（1）用来制造瓷绝缘子的原材料的质量是影响绝缘子质量的基本因素。原材料必须具备化学、物理和矿源稳定性。化学成分的不稳定将影响瓷质的均匀程度。例如：电瓷原料中SiO2含量过高，烧成时残余石英颗粒将相应增加，残余石英颗粒与其周围的玻璃间常存在微裂纹，这将缩短瓷质的疲劳寿命。部分生产厂家由于经济实力或采购问题，选购原材料产地矿源不稳定，管理不严，各原料间界面不清，影响配料的准确性，导致所生产的瓷制绝缘子存在严重的质量问题。
（2）法兰胶装毛坯在滚花或刻槽工艺过程中存在内应力和微裂纹等隐患，绝缘子在运行一段时间后，微裂纹不断扩大，容易发生低值破坏。我国在20世纪80年代末期建设的变电站中有许多发生断裂的绝缘子其断裂点就在滚花与主体交接处。
（3）瓷绝缘子在生产过程中的烧成温度是影响其成品质量的又一重要因素。烧成温度一般在1250～1300℃间，<1250℃就出现生烧，>1300℃为过烧。传统的燃煤倒焰窑和一些普通煤气窑温度控制与测量有较大偏差，同窑产品中有合格或生烧过烧。如果出厂检验率较低，会导致部分不合格产品投入运行中。
（4）在处理瓷支柱折断事故时，常遇到断面有黄芯。黄芯的产生是因为在烧制中采用还原焰，当还原气氛不足或还原时间不够时，支柱表面还原充分，Fe2O3被还原成FeO，瓷质呈正常的灰白色，而中心部分没还原，仍以Fe2O3形式存在，呈黄色。黄芯与正常瓷质膨胀系数相差很大，在运行中遇到急温热天气或剧烈震动，极易导致绝缘子发生折断。据资料统计，由于黄芯现象导致绝缘子断裂的事故在山东电网中占80%以上。
（5）瓷件与水泥的热膨胀系数不同，通常在瓷件胶装表面涂抹一层沥青缓冲层，以缓解热胀冷缩时带来的应力。如果沥青层很薄，在热胀冷缩过程中会产生较大的应力导致瓷件在胶装处断裂。
（6）通常在瓷件与法兰间会涂有一层防水密封胶。在冬季，如果瓷件胶装处密封胶破损严重，产生在空隙，就会由于渗入的水分产生冰冻，冰冻应力导致支柱折断，在我国北方地区尤其严重。
（7）少数隔离开关生产厂家在配件入厂、装配环节存在管理漏洞。为降低成本，对入厂的绝缘子配件不做相关检测，导致不合格配件装到刀闸开关上。此外，对于多节组合的支柱绝缘子，除最上节外，其余都要做正、倒装试验，以保证两端法兰承受一定的弯曲负荷。
2.2.2 电力部门运行、检修管理不到位
（1）个别电力部门在选购和设计支柱瓷绝缘子时，误认为该类产品结构简单，不需要精密的仪器进行检测，从而简化验收程序，降低验收标准，设计施工过程中裕度偏低，在恶劣天气或异常受力情况下易造成瓷件断裂。
（2）安装调试不合理。在硬管母线安装或站内隔离开关和其他设备连接时引线连接过紧，导致支柱绝缘子或隔离开关的瓷制部分长时间受机械应力作用，强度不断下降造成断裂。
（3）检修维护不当。电网设备逐年增多，工作人员少，造成刀闸开关超期检修，出现传动机构锈蚀、卡涩、别劲等现象，如操作不正确，极易导致支柱断裂。据统计GW6型隔离开关断裂数量较多。
2.3 支柱瓷绝缘子检测相关规定
为了加强高压支柱瓷绝缘子的技术监督工作，进一步拓宽技术监督工作的范畴，延伸技术监督工作的内涵，保证设备安全、可靠、经济运行，国家电网公司在2005年3月制定并了《72.5kV及以上电压等级支柱瓷绝缘子技术监督规定》。该规定依据国家、行业的有关标准和规范结合近年来国家电网公司在生产中积累的经验制订，明确了高压支柱瓷绝缘子设备选型、订货、监造、出厂验收、现场安装、现场验收、运行、检修和技改的全过程技术监督内容。对设备的缺陷检测、评估、分析、告警和整改的过程监督工作提出了具体要求。并指出各网省电力公司可根据此规定，结合本地区实际情况制定相应的实施细则。
该规定在设备监造方面明确指出，252kV及以上高压支柱瓷绝缘子的订货数量在50只及以上的，要进行入厂监造；126kV（72.5kV）的高压支柱瓷绝缘子订货量较大的，各单位根据具体情况进行监造。
在安装、投产验收方面，规定中要求在高压支柱瓷绝缘子运抵安装现场时要进行外观检查和超声波探伤，而且在安装、调试结束后（投运前）必须再次对高压支柱瓷绝缘子进行超声波探伤。尽力保证在施工过程中造成的隐患被及时发现并妥善处理。
对于运行的变电站支柱瓷绝缘子的超声波检测周期，规定中要求有以下几方面。
（1）新投运设备一年后须进行检测。
（2）72.5kV及以上支柱瓷绝缘子自投运之日起，三年为一个检测周期，三个周期后检测周期缩短为一年，检测率和发现问题处理率都必须为100%。
（3）对运行20年及以上的支柱瓷绝缘子。经各电网公司有关部门鉴定后，可以退出运行。
3 从事超声波探伤人员的要求和实际工作应注意的问题
3.1 对超声波探伤人员的要求
在《华北电网有限公司企业标准—— 高压支柱瓷绝缘子超声波检测导则（讨论稿）》及《中华人民共和国机械行业标准—— 超声波探测瓷件内部缺陷（***/T 9674—1999）》等文件中均指出：从事高压支柱瓷绝缘子超声波检测及其他各类无损探伤工作的人员，必须具备国家有关主管部门颁发的无损检测人员技术资格证。在电力行业，必须经过电力行业无损检测考委会培训考试合格后持证上岗。
这就表示，从事该项工作的人员必须认真负责的完成检测工作，并要对检测过的设备建立相应的设备资料数据库。
3.2 在实际工作中应注意的问题
在实际的生产工作中，从事超声波无损检测的人员通常会遇到下列问题。
（1）探伤工作中使用的探伤仪通常为便携式设备，应当定期对设备进行充电、校验、检修及其他日常维护工作，确保设备能随时投入生产工作中。
（2）要注意对日常探伤工作中发现的问题和分析结果进行经验上的积累，不断地学习增长专业知识，这将能更好的帮助我们完成此类工作。
（3）从事探伤工作尤其要注意自身的安全防护。由于变电站内大多数支柱瓷绝缘子或隔离开关的安装位置均在2～3m，甚至高达10m左右。为此，探伤人员应能熟练使用安全防护用具，经过必要的高空作业培训，必要时应申请使用辅助机械设备协助完成高空探伤作业。
（4）对通过无损检测的设备除进行必要的记录外，还应及时将可能诱发危险的问题（如：连接引线过紧、防水密封胶脱落严重等）上报相关领导，发出预警，做到早发现、早处理，这才能确保设备的安全稳定运行。
4 结语
由于高压瓷制绝缘子超声波检测技术在华北电网范围的实际推广应用还处于初期，组织相关人员学习培训的机会不多，而且参加并通过相关培训考核获得相应检测资格的工作人员还很少，对检测工作中发现的各种问题的分析也比较浅薄，可供互相参考学习的经验不多。而且本人也刚刚取得相关检测资格并在从事检测工作时间尚短，经验不足，文中涉及内容如有错误或不足之处，请大家多提宝贵意见，非常感谢！
参考文献
[1] 华北电网有限公司.华北电网有限公司企业标准—— 高压支柱瓷绝缘子超声波检测导则（讨论稿）.
[2] 国家电力公司发输电运营部.电力工业技术监督标准汇编（绝缘监督）下册.
[3] 全国锅炉压力容器无损检测人员资格考核委员会组织.超声波探伤（试用本）.
超声波技术篇6
关键词：超声导波检测技术；油田管线检测；油田产化
一、引言
油田产业在我国的经济发展中起着十分重要的关键作用，由于石油管道性能的特殊性，管道在油田中的使用期限如果延长，油田管道将逐渐产生介质腐蚀以及老化等现象，极有可能造成油田管道事故的发生。因此，如何准确、有效的检测出油田管道的缺陷成为了一直困扰我国油田产业发展和进步的重要瓶颈。特别是由于管道长期应用于不可触及的环境，经常会导致一些现有的常规检测手段无法正常的，全面的进行检测。科学技术在推动生产力的发展方面起着越来越重要的作用，科学技术转化为直接生产力的速度加快。超声波技术日趋成熟，尤其是超声波检测技术特有的检测距离相对较长、对被检测的油田管道可以进行全面检测等技术优势，正在越来越多的被石油检测的安全工作者的采用。
二、超声导波检测的技术原理
我国的油田企业越来越重视科技在产业结合方面的应用，尤其是油田产业，特别是油田管道的完整性检测过程中，超声导波检测技术就与之前的常规性的传统检测有着较为明显的优势。首先，超声导波检测技术在方法原理方面，主要是利用超声导波等设备的探头发射出可以产生沿管道传播的，包括纵波、横波等一系列低频超声导波在内的导波进行管壁内不同性质缺陷的检测，然后利用低频超声波所反射回来的回波，发现油田管壁中的缺陷所在，进而通过反射回来的回波状况来判断油田管道的腐蚀情况以及相应位置，同时，管道环向的超声波探头可以通过均匀的、间隔的排列，使得低频超声导波以真实的管道壁的轴蕊为对称点进行对称传播，通过一系列的环向声波对整个油田管道的管道壁进行声波检测，从而实现超声导波检测技术在油田管线检测中100% 检测。超声导波检测技术在油田管线检测中的优势与传统检测方法相比，有着以下几项突出特点：
（一）、超声导波检测技术在油田管线检测中所传送的超声导波在传播路径方面距离较长，可以沿着油田管壁传播长达十几米之远，并且可与回波信号一起形成回路，可以达到管道中极为完整的信息收集工作，进而保障了超声导波检测技术在油田管线检测中信息的完整性和准确性。
（二）、超声导波检测技术在油田管线检测中可以通过超声波在油田管壁内部、外部等表面质点的振动，使得超声导波的声场遍及整个油田管道的管壁，使得超声导波检测技术在油田管线检测中得到全面检测。因此，超声导波检测技术在油田管线检测中的作用，将会对我国的油田产业乃至整个的工业产业产生重要影响。
三、分析油田管线检测中超声导波检测技术的应用
（一）、超声导波检测技术的应用概况
超声导波检测技术在油田管线检测中已经得到了广泛应用，尤其是国外在超声导波检测技术在油田管线检测中的工程技术已经运用的相对成熟，对于超声导波检测技术在油田管线检测中的应用分析也比我国进行的更加充分和深入。尽管我国在超声导波检测技术在油田管线检测中的应用分析的起步相对较晚，但是我国科学技术在工业领域，尤其是油田管道领域的广泛研究的深入，我国在超声导波检测技术在油田管线检测中的应用分析方面也逐步开展了更为深入的研究和探索。根据理论数据，相关研究人员发现超声导波检测技术在油田管线检测中的应用分析是根据弹性纵波理论来进行的，通过计算机对分析管中的超声导波进行频散曲线分析，从而得知超声导波检测技术在油田管线检测过程中遇到管道裂纹时候的反射以及透射规律，再进一步依据超声导波检测技术在油田管线检测中的导波反射时间以及相关强度来确定油田管道的裂纹具置以及裂纹尺寸；在相关的试验检测过程中，超声导波检测技术在油田管线检测中的应用分析一般通过传感器来进行设计实验，在油田管道的超声波导检测过程中抑制其他方面的模拟波导信号，通过实验，研究超声导波检测技术在油田管线检测时所出现的频散现象，进而分析出超声导波检测技术在油田管线检测中对油田管道的敏感程度。
（二）、超声导波检测技术的应用
机械振动在相关的弹性介质之间进行的传播活动一般被称之为弹性声波。将弹性声波过程中的传播介质一般称之为波导，而我们通常在油田管线检测中所应用的超声波被我们称之为超声导波。据相关的实验研究结果显示，油田管道的检测过程中，超声波的传播速度只与管道所应用的介质材料的密度以及油田管道的弹性性质有密切联系，与超声波导本身的相关属性并没有任何关联。在超声导波检测技术对油田管线检测的过程中，我们可以通过弹性动力学的相关原理得出超声导波检测技术在油田管线检测中的方程公式。依据超声导波检测技术在油田管线检测中的应用分析，我们根据超声波导检测的相关原理，在检测设备中增加了能够提供更大能量的，并且能够及时接收短时间内的脉冲型超声波，通过利用超声波检测设备，超声导波检测技术在油田管线检测中可以由计算机任意控制相关波形的发射器在油田管道的检测中所产生的激励信号，并进一步通过超声波导的功率放大器进行放大，促使超声导波检测技术在油田管线检测中的电压值达到驱动传感器的数值要求，在管道的检测过程中产生相应的超声波导，与此同时，传感器作为可以接收超声导波检测技术在油田管线检测中的接收器接收导波信号，经过二级管电路以及激励信号对超声波导的隔离，促使超声导波检测技术在油田管线检测中的回波信号接收放大，并通过数字示波器进行超声波导的接收，并在PC上进行相关的存储。目前，超声导波检测技术在油田管线检测中的应用分析主要是通过超声波导检测时候所提供的有效扫描方法进行快速扫描，并采取适当的超声导波检测技术对油田管线进行逐点检测。但是由于我国超声导波检测技术在油田管线检测中的应用分析还处于起步阶段，要想做到超声导波检测技术在油田管线检测中的广泛应用还需要***府以及相关人士进行大力推广。
四、结束语
随着科学技术的不断发展，新的成果在工业链中不断应用，并发挥着关键的作用。我国重的油田工业的发展，超声导波检测技术越来越多的应用于油田管线检测中的应用，超声导波检测技术在油田管线检测中正在发挥着非常重要的作用，必将对我国油田产业，以及全国大量存在中的安全隐患的石油管道在检测方面提供有力的技术支持。
参考文献：
[1] 龙媛媛，石仁委，柳言国，姬杰，吕德东，王遂平．埋地管道不开挖地面腐蚀检测技术在胜利油田纯梁采油厂的应用 [J]．石油工程建设，2007，（3）．
超声波技术篇7
【关键词】超声波；传感；控制
一、超声波的特性
超声波是一种机械波，是机械振动在介质中的传播过程。超声波的频率是20KHZ至50KHZ，而应用于材料检测的超声波频率在0.5MHZ至25MHZ之间，应用于金属材料检测的超声波频率为1MHZ至5MHZ。超声波因为频率高，波长短，指向性强，因此在传播过程中有一些应用性较高的特性。指向性：声源发出的超声波在一定区域定向辐射，超声波在传播时具有束射性，这种特性就是指向性。（1）直线性：超声波的波长在毫米数量级，波长较短，所以在介质中能沿直线传播，而且对固定介质来说传播速度为常数。（2）反射、折射与波形转换：超声波在传播时，如果遇到不同的介质界面，因为介质弹性差异大，在界面上会产生反射。如果超声波倾斜入射到不同介质的界面，进入介质的声波将发生折射，且在一定条件下会产生波形转换。穿透能力强：在多数介质尤其是金属介质中，超声波的传输损失少，传播的距离远，穿透能力很强。
二、超声波产生的原理
声波是物体机械振动状态或能量的传播形式。所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动形式。超声波是指振动频率大于20000HZ以上的，其每秒的振动次数甚高，超出人耳听觉上限的声波。如***1。
三、超声波的产生方法
声波的主要产生方法有热学方法、电动方法、磁致伸缩法（用于焊接、检测）、机械法（高压气流经过小孔）、压电法（用于测控）。其中压电法最常用。
四、超声波传感器
超声波传感器是由压电陶瓷晶片、锥形辐射喇叭、引线、金属外壳、金属网以及底座构成。超声波传感器是利用压电效应工作的，振子用压电陶瓷制成，共振锥形辐射喇叭可以提高灵敏度，当处于发射状态时，外加共振频率的激励电压能产生产生超声波；当处于接受状态时，能很灵敏的探测到共振的超声波。
五、超声波控制技术
超声波遥感 超声波遥控系统由超声波发射电路和超声波接受电路组成。发射电路又分为由555时基电路构成的发射电路和由专用电路NYRKD40T构成的发射电路；超声波接受电路由分立元件构成的超声波接收电路和有专用的集成电路构成的超声波接收电路构成。超声波遥控开关 超声波控制电路时不受电场的干扰，也不会干扰其他的无线电设备。简单的单通道超生遥控开关由发射机和接收机两部分组成。发射机发出超声波被接收机接收后，进行放大，然后推动继电器工作，达到遥控目的。超声波数字测距仪 超声波数字测距仪由时钟电路、微分整形电路、超声波发射电路、接收放大电路、RS触发器以及计数与显示电路组成。时钟电路向整个测距仪提供基准始终，调节各部分工作。超声波发射电路发射超声波频率为40KHZ，每次发射包含10个脉冲。超声波数字测距仪的工作原理：当发出第一个超声波脉冲时，RS触发器置位，RS触发器使计数显示电路开始计数，在检测到第一个返回脉冲时，RS触发器复位，计数器停止计数，并将计数器记录的脉冲换算成长度显示出来。一般的超声波数字测距仪能测量的距离为0～5米。精确度约为2%。
六、总结
近年来，超声波技术的发展迅速， 超声波技术的应用领域越来越广泛，超声波传感控制技术的应用不仅解决了很多技术上的难题，而且缓解了原来生产技术带来的环境压力。超声波超声波传感技术有很好的发展前景。
参考文献
超声波技术篇8
关键词：超声波探伤；钢结构；焊缝
由于钢结构具有重量轻、强度高、刚度大等特征，目前已在炼油、石油化工、建筑、桥梁、场馆、水电等工程中广泛应用。在制作并安装钢结构过程中，需要通过焊接工艺来实现，而超声波探伤技术作为确保钢结构焊接质量的根本保障，当前在钢结构产品中的应用广泛。以下将对具体内容进行分析与阐述。
一、超声波探伤技术的特征与应用范围
1、超声波探伤技术的特征
所谓超声波，主要指超声振动通过介质进行传播，实际上就是在弹性介质中，以波动形式进行的机械振动，其振动频率大于20KHz。通过应用超声波探伤技术，可检测厚度大的钢结构材料，其检测速度快、成本低，可准确定位、定量缺陷，对人体不会产生任何危害，同时提高大面积缺陷的检测效率。因此，当前超声波探伤技术已成为无损检测的主要途径，在钢结构生产实践中广泛应用。超声波探伤技术在钢结构焊接中的应用，具体特点分析如下：
①当超声波处于介质中，一旦遇到界面拦截，就会产生反射；
②超声波的传播力度较大，对钢结构产生较强的穿透力；
③超声波的振动频率越高，指向性就越好；
④超声波的衰减、声速、阻抗等特征，给超声波的运用提供了更多信息。
2、超声波探伤技术的应用范围
当前，超声波探伤技术的应用广泛，尤其在工业无损检测中发挥重要作用。超声波探伤技术，可应用于各种钢结构的轧制件、锻件、铸件、焊缝等；（以及）机械零件、电站设备、锅炉、船体、结构件等，也可应用超声波探伤技术。超声波探伤技术既可采取自动化方式，也可采取手动方式。以物理性能检验角度来看，利用超声波探伤技术，可检测材料的厚度、硬度、深度、液位、流量、晶粒度等参数。
二、钢结构焊缝的评定与检验
在钢结构的钢板中，一般要求应用超声波对全焊透的一级焊缝、二级焊缝进行探伤。如果应用超声波探伤难以做出准确判断，则采取射线探伤方式。实际上，超声波探伤并不是钢结构焊缝的唯一检验办法，如果难以确定缺陷，也可借助更多辅助探伤方法。
对于一级焊缝与二级焊缝，应用超声波探伤时，需先确定其评定等级和检验等级。一级焊缝的评定等级是Ⅱ级，二级焊缝的评定等级是Ⅲ级；一级焊缝的检验等级是B级，二级焊缝的检验等级也是B级。在实际进行超声波探伤检测过程中，其检验等级则分为A、B、C三个等级，一般钢结构中的焊缝超声波探伤采取B级检验。以下将对B级检验进行重点分析：
对于B级检验来说，原则上从某一角度，将探头在焊缝的单面实行双侧探测，同时检测整个焊缝的截面。如果钢材的厚度＞0.1m，则采取双面双侧检验方式；由于受到几何条件的影响，可以在钢结构焊缝的双面单侧，采取分别两个角度的探头探伤；条件允许情况下，可以检验横向缺陷。一级焊缝的探伤比例是100%，二级焊缝的探伤比例是20%。有关探伤比例的具体计算方法为：工厂制作的钢结构焊缝，按照每条焊缝计算百分比，同时保持探伤长度＞200mm；如果焊缝长度不足200mm，则需要整条焊缝探伤处理。现场制作的钢结构焊缝，应根据类型的不同而决定。相同施焊条件下，计算焊缝条数的百分比，探伤长度应200mm，且不少于一条焊缝；应该注意的是，在实际钢结构焊接的探伤应用中，很多检测人员经常出现失误。应该对工厂制作的焊缝进行逐一检测，可以按照每条焊缝长度的20%实行探伤，同时满足探伤长度的要求。对于在现场制作的钢结构焊缝，可以根据焊缝条数来计算准确的探伤比例，但也要满足探伤条数与长度的相关要求。
三、钢结构焊接缺陷的识别
对于焊缝中常见的几种缺陷，回波特性有所不同，现具体分析如下：
1、气孔
在钢结构焊接过程中，由于焊接池中的高温，吸收了大量的气体；或者由于冶金而产生的气体，在彻底凝固之前没有溢出，而是残留在焊缝金属中，产生空穴现象，多以椭球形或者球形呈现。钢结构的气孔可以分为密集气孔与单个气孔两种形式；密集气孔产生的超声波为一簇反射波形式，波高会随着气孔的大小而有所不同，当探头进行定点转动时，就会产生“此起彼落”的现象；单个气孔产生的超声波较为稳定，回波较低，无论从哪个方向进行探测，反射波基本相同，一旦探头发生移动，则反射波立刻消失。
2、裂纹
钢结构中的裂纹，主要是在焊接过程中或者焊接之后，在母材、焊缝等位置出现破裂而产生的缝隙。如果超声波遇到裂纹，则波幅较宽、回波高度大，同时出现多峰现象；当平行移动探头时，会出现反射波，波幅发生变动；而转动探头时，会出现波峰上下错动的现象。
3、夹渣
钢结构焊接中的夹渣问题，主要是残留在金属中的熔渣或者非金属夹杂物，夹渣表面呈现不规则状态。夹渣可分为条状夹渣与点状夹渣。条状夹渣的回波信号以锯齿状为主，这种方式的反射率较低、波幅较低，波形以树枝状为主；当平行移动探头时，波幅就会出现变动，从不同方向进行探测，反射波幅有所不同；点状夹渣的回波信号则同点状气孔基本类似。
4、未熔合
未熔合主要是母材和填充金属之间没能熔合，或者金属层之间没能熔合。未熔合现象的反射波特征如下：进行两侧探测时，反射波的波幅有所不同，有时仅能从单侧探测；当探头平行移动时，波形则较为稳定。
5、未焊透
未焊透主要指钢结构的焊接部分，金属没有完全熔透。一般未焊透现象出现在焊缝的中心线位置，长度较长。在超声波探伤过程中，平行移动探头，未焊透的波形较为稳定；而从两侧进行焊缝探伤时，则可获得基本一致的反射波幅。
四、非焊接缺陷的识别
在应用超声波探伤技术过程中，一些较为明显的反射回波来自非焊缝缺陷，具体分析如下：
1、加强层
当采用超声波探伤技术探测到加强层时，会出现变形反射回波或者反射回波。具体识别方法为：利用蘸有化学糨糊或者机油的毛刷，反复拍打反射回波位置，此时仪器显示屏上的脉冲信号就会出现上下跳动，进而进行判断。
2、错边
在钢结构焊缝两侧，由于工件的厚度差异或者装配失误等，容易出现错位现象。如果超声波到达错边的位置，就会产生边角反射回波。当通过焊缝的单面实行两侧探测时，就可在一侧获得较强的反射回波信号，而另一侧的反射回波信号则明显降低。
3、焊瘤
在正常钢结构焊接中，多余的部分即焊瘤。当探头从焊瘤的两侧进行分别检测，都可能出现反射回波，一般对于焊瘤的超声波探伤，反射波出现在底面反射回波之后。
参考文献：
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[2] 杜涛，崔士起，张秀芹，等.钢结构焊缝超声波探伤结果影响因素的介绍 [J].四川建筑科学研究，2007，（4）.
[3] 孙钟.温度对超声波探伤缺陷定位、定量的影响研究 [J].大连：大连理工大学，2009.
[4] 张辉.对接焊缝错边处超声波探伤应注意的几个问题 [J].无损检测，2007，（6）.
[5] 孙生玉.钢结构焊接中的常见问题探讨 [J].中国新技术新产品，2009，（2）.
超声波技术篇9
【关键词】超声波检测技术；岩体物性；应用
0.前言
岩体原有的应力平衡在才开过程往往因为破坏而被打破，应力经过重新分布，形成新的平衡。如果对重新分布的应力没有较好的把握，会对工程工作带来危害，如：在高地应力地区修筑地下洞室时，常遇到坚硬岩层中的岩爆现象和软弱岩层中的流变现象。因此研究岩体特性及应力变化规律对确保安全施工具有重要意义。
1.波速法
波速法检测通过研究岩体弹性参量、应力状态等因素和波速的关系，检测岩体额特性和结构。根据波速法求得弹性模量，通过分析弹性模量可了解岩体物性及力学指标。
1.1波速法检测的原理
（1）岩体弹性参量与波速之间的关系。介质的波速能有效的反应物体的形变，岩体内的超声波的纵横波分别代表了岩体的不同形变，横波反映横向剪切形变，纵波反映了岩体的拉伸或压缩，并且横向、纵向变形的比值对其影响较小。纵波与横波速度的比值反映了岩体的完整性，若比值较大，横向则易于膨胀，介质较为脆弱。但由于同一波长的纵波、横波受测试条件，岩体传播条件的影响，应根据具体情况而定。在各向同性岩体中根据纵、横波速，能够求得岩体的弹性参量。
动弹性模量 E=（v：纵波波速，v：横波波速）（公式一）
从上述（公式一）、（公式二）可知，超声波的岩体传播速度与 p的开方成反比，与动弹性模量 Ed的开方成正比。由于气体和液体内部μ =0，通过（公式二）可知，vs =0，因此横波不能在这两种介质中传播。纵波速度随着岩体饱和度的增加，受土股价影响逐渐减弱。Ed 很难反映土体特性。由于土中横波特性不受含水量的影响，因此多用横波波速vs 和μ=pv2s 划分高饱和度土层的地层及土层性质。
泊松比是指物体横向应变与纵向应变的比值，也叫横向变形系数，能准确的反映反映土体变形特性。根据实测波速确定泊松比的方法称为动泊松比。介质的泊松比值的变化范围为0～0.5；流体泊松比值为0.5；大多岩石泊松比在0.25左右；刚性岩石泊松比值为0.05，由于土的饱和度和土层深度成正比，土层的泊松比也随着土层深度增加而增大。
静弹性模量E=0.25E
岩体准抗压强度R=R（） （v ，v ：现场实测岩体、岩体试块的纵、横波速）。
岩石的抗压强度和结构面的性质，决定了岩体的抗压强度，并且通过实践验证，岩石抗压强度和波速间为线性关系。
（2）波速和岩土性质的关系。根据纵、横波的波速比值可大致判断断层、破碎带的分布范围、岩石特性。如vp /vs在1.7左右，vp 较高时，未风化基岩可能性较大；如 vp 较低，砂石或卵石可能性较大；如vp /vs 较高，但 vp 比较小可判断为经常在水位以上的粘性土壤；当纵波值和水的波速（1450m/s），而波速比值较高，大概为软粘土存在。泊松比是反应岩石质量的重要指标，如 σ=0.25左右，岩石质量较好；σ=0.35 左右时，岩石风化现象较为严重。
（3）岩体应力与波速的关系。根据对岩石式样单轴压应力作用下的观测，岩体应力和波速的关系如***1，但两者之间的内在联系和物理机制尚未有研究结果。
***1 声波—应力的关系曲线
（4）岩体密度与波速的关系。p对动弹性模量的影响最大，当岩体裂隙减小，密度增大时，Ed 将迅速上升导致声速增大，进而波速也增大。
1.2波速法主要应用
波速法检测的应用主要在以下方面：
（1）根据***1声速—应力关系曲线，通过岩体钻孔测得不同深度的声速值，与曲线上声速相比较，可以准确的把握岩体应力分布状态。
（2）岩层顶板裂隙检测。通过在一条穿过裂隙的侧线布置发射和接收探头，等距离布置测点，根据记录下超声波传播时间绘制时距曲线，斜线折断点为裂隙深度，如***2。计算深度公式为：
h=
（其中L：发射探头至裂隙的距离，t：斜线折断处的时间间隔， a：斜线倾角）。
通过固定发射探头，移动裂隙另外一侧的接收探头，根据探头间的距离和传播时间的关系，可判断裂隙方向。若传播时间随探头间距离的增加而减少，则裂隙倾斜于探头移动方向；反之则倾斜于发射探头方向。
*** 2 岩层顶板裂隙检测方法
（3）松动圈检测。岩体应力在岩体开掘后重新分布，在围岩内应力升高或降低区域，形成松动圈。超声波在检测松动圈中，超声波波速和波幅受到岩体完整度、应力影响，当岩体较完整、裂隙较小、应力上升时，波速、波幅会增大，反之亦然。只要测出的波速和位置的关系曲线，便可确定松动圈的范围及岩体完整度，。为支护方案的抉择提供科学依据。测量方法如***3，右侧为某井巷松动圈实测情况，松动圈范围在0.2～0.6m。
***3 围岩松动圈检测方法及某井巷检测结果
2.超声波谱检测法
2.1超声波谱检测法原理
岩石超声波谱测试技术侧重研究声波在岩石的检测信号的全波列，来了解岩石结构特性。该测试技术的实质是根据声波传播速度和振幅衰减规律得到数据，进而求出所需力学参数，然后结合地质构造和施工方案对岩体分类，为制定设计方案提供依据。
岩体超声波谱测试系统如***4所示，同过向岩石试件发射一窄脉冲，由于其传播时间小于其他发射波，能提高纵向分辨率并将直达波与后续波分开。窄脉冲有大量的频率分成，可以有效提高信噪比。因此用窄脉冲发射能减小透射波失真。
***4 岩体超声波谱测试系统
在进行快速傅里叶（FFT）前，透射波信号首先选取固定的间隔时间将模拟波形转化为数字序列。间隔时间理论选取为：Δt= ，但由于实际情况存在采样误差、高频混淆等，具体的采样时间间隔应根据实际情况而定。如要真实反映f max=1MHz的岩体穿透波谱， Δt不应小于 。为提高频谱分析的准确性，对量化后的数字波形应进行预处理，消除系统零线偏差，过滤不必要的信号干扰，提高信噪比。同时为得到有效信号视频信息，需对信号进行局部化分析和短时窗傅里叶变换，通过对窗中心的水平位移，对信号进行加窗分段分析。
2.2 超声波谱检测法的应用
超声波在不同的岩石介质中会发生折射、投射及其他特殊波，通过对这些现象和特殊波的分析，掌握岩石的结构特征及物理学特征。超声波波谱在研究岩石的完整程度上具有直观性，通过形状可直接判断。若主频较高，带宽较大则岩体一般较坚硬、致密。主频、带宽的大小可有效的判断岩石结构、风化程度等。岩体的力学特性与超声频谱联系密切，频谱的主频、振幅与岩体的压力成反比，随着岩体压力的增大而变小，频谱在岩体压力增大过程中的形变与岩石裂隙产生、形成相呼应。超声波频谱检测法是新型的检测手段，在解决岩体分类及其它问题上提供了新的思路，有着广泛的应用前景。
3.结语
超声波检测技术在岩体物性检测上具有简便、快捷、可靠、经济等优点，能很好的判断岩体断层、裂隙与突变情况。随着超声波检测信号灵敏度的提升，超声波检测技术必有广泛的应用。但我国目前超声波检测技术在岩体的研究中的应用还较少，一些技术问题仍在探索中，加强研究声波传播在岩体特性的应用方法，将是我国地质工作者应努力的方向。 [科]
【参考文献】
[1]张晓春，金永君.物理与工程[M].北京：中国矿业大学出版社，2001.
超声波技术篇10
功率超声设备利用超声波的能量改变材料的某些状态，需要产生相当大或比较大的功率。超声波功率源(或称发生器)向超声换能器提供连续的电能量，其性能特点直接影响着各种功率超声的研究工作。近年来，我国关于功率超声的研究十分热门，尤其是超声化学和超声的生物效应，更是声学研究的热点。上述研究需要超声波具有高分辨率、高稳定性、大功率、频率大范围可调等特点，为此，研制了一种基于DDS技术的超声波功率源，并已将其应用在实际的声学研究中。
1 系统原理及特点
系统原理如***1所示。用单片机AT89C51控制DDS芯片AD9850产生频率为1kHz～1MHz的波形信号；功率放大采用半桥放大方式，其中，功率开关使用MOSFET模块；通过输出变压器和电感组成的匹配网络驱动压电换能器激发超声波。
本系统的主要特点有：
(1)采用数字DDS技术产生波形信号，分辨率高、稳定性好、频率范围大，系统频率不会随工作时间出现漂移。
(2)功率放大器件采用大功率的MOSFET模块，功率可达2000W以上。
(3)采用变压器输出，通过串联谐振提高换能器两端电压，提高了电能的利用率。
(4)系统通过单片机串行口接收反馈或者其它数据的输入，利用编程实现智能控制。
2 系统硬件实现
2．1 DDS原理及电路实现
2．1．1 008电路工作原理
DDS技术是一种用数字控制信号的相位增量技术，具有频率分辨率高、稳定性好、可灵活产生多种信号的优点。基于DDS的波形发生器是通过改变相位增量寄存器的值phase(每个时钟周期的度数)来改变输出频率的。如***2所示，每当N位全加器的输出锁存器接收到一个时钟脉冲时，锁存在相位增量寄存器中的频率控制字就和N位全加器的输出相加。在相位累加器的输出被锁存后，它就作为波形存储器的一个寻址地址，该地址对应的波形存储器中的内容就是一个波形合成点的幅度值，然后经D/A转换变成模拟值输出。当下一个时钟到来时，相位累加器的输出又加一次频率控制字，使波形存储器的地址处于所合成波形的下一个幅值点上。最终，相位累加器检索到足够的点就构成了整个波形。
DDS的输出信号频率由下式计算：
Fout=(phase×FCLK)/2N (1)
DDS的频率分辨率定义为：
Fout=FCLK/2N (2)
由于基准时钟的频率一般固定，因此相位累加器的位数决定了频率分辨率，位数越多，分频率越高。本文采用的DDS芯片AD9850支持的时钟输入最高为125MHz，频率控制字的位数为32位［1］。 由式(2)可以计算出在125MHz时钟输入时分辨率为0．0219Hz。
***4
2．1．2 DDS信号发生电路
波形信号发生电路原理框***如***3所示。整个电路以单片机AT89C51为控制核心，用并行输入的方式实现AD9850控制字的写入，同时实时处理键盘输入的各种命令，并控制显示输出。
***5
AD9850的输入时钟采用80MHz的晶振，根据式(2)可知系统的分辨率为0．0186Hz，频率范围可以从几Hz到几十MHz，但是整个系统的输出频率范围由后级功率放大电路中的一些时间常数决定。将单片机的I／O口P1连接到AD9850的并行输入口，P3．4和P3．5联合控制单片机对AD9850的输入输出。AD9850控制字写完之后，便输出相应频率的方波信号QOUT。***4为单片机与AD9850的电路连接***。
2．2 半桥功放电路及其驱动
AD9850产生的信号电流小，驱动能力弱，需经MOSFET栅极驱动芯片IR21844驱动后才能控制MOSFET模块。由于系统输出功率大，为提高驱动能力，并联使用四片IR21844。***5(a)为电路原理***。AD9850产生的信号QOUT经过一个三级管放大后输入IR21844，IR21844输出HO和LO两路反向信号，如***5(b)所示。Td为死区时间，防止半桥电路出现直通，通过电阻R7可以调节Td的大小，即调节开关管的开通关断时间，从而调节系统的输出功率。
***6所示为系统的半桥功率放大电路，R1、R2为桥平衡电阻；C1、C2为桥臂电容；R3、R4、C3、C4、D1、D2为桥开关吸收电路元件。其工作原理如下：两个反相的方波激励信号分别接到两个开关管的基极，当HO为高电平，LO为低电平时，即t1时刻，J1导通，J2关闭，电流通过J1至变压器初级向电容C2充电，同时C1上的电荷向J1和变压器初级放电，从而在输出变压器次级感应一个正半周期脉冲电压；当到达t2时刻时，J2被触发导通，J1关闭，电流通过电容C1和变压器初级充电，而C2的电荷也经由变压器初级放电，在变压器次级感应一个负半周期脉冲电压，从而形成一个工作频率周期的功率放***形。由于功放管工作在伏安特性曲线的饱和区或截止区，集电极功耗降到最低限度，从而提高了放大器的能量转换效率，使之可达90％以上［2］。
功率开关器件选用日立公司的N通道功率MOSFET模块PM50502C，其具有高功率、高转换速度、低导通阻抗、低驱动电流等特点，耐压值为500V，最大工作电流为100A(每一模块封装了两个***的小模块，每一小模块的最大工作电流为50A［3］。开关频率可达到500kHz。吸收电路采用RCD吸收电路，具有吸收效果好、电路相对简单等特点。
2．3 匹配网络设计
在功率超声设备中，发生器与换能器的匹配设计非常重要，在很大程度上决定了超声设备能否正常、高效地工作。超声波发生器与换能器的匹配包括两个方面：阻抗匹配和调谐匹配。匹配电路如***6虚线框中所示，半桥逆变输出经变压器耦合后通过电感连接到换能器上，匹配设计即为输出变压器和匹配电感的设计。
2．3．1 阻抗匹配
阻抗匹配使换能器的阻抗变换为最佳负载，即起阻抗变换作用。在电源电压给定的条件下，电源输出的功率大小主要取决于等效负载阻抗。本文的半桥功率放大器与串联电压开关型D类功率放大器原理相同，晶体管都工作在开关状态，一般变压器初级等效负载RL′，上的输出功率表达式为：
式中，Vcc为电源电压，Vces，为功放管饱和压降。
本文采用48V开关电源给半桥电路供电。根据实验需要，希望功率源输出功率为1500W，换能器采用多个并联的方式，等效阻抗RL约0．5Ω，由公式n／m=RL/RL′(m、n分别为变压器初、次级匝数)可以计算出输出变压器的匝数比n／m=3。
2．3．2 调谐匹配
调谐匹配使换能器两端的电压和电流同相，从而使效率最高，同时串联谐振可以提高换能器两端电压，有利于对压电换能器激励。由于压电换能器存在静电电容C0，在换能器谐振状态时，换能器上的电压VRL与电流IRL间存在着一相位角ψ，其输出功率P0=VRLIRLcosψ。由于ψ的存在，输出功率达不到最大值，要使电压VRL与电流IRL同相，可通过在换能器上并联或串联一个电感乙。来实现。
需要指出，换能器的相关参数皆在小信号状态下测得，与高电压下的实际应用有所差异，需要在实际工作中进行实验调节。
经过调谐匹配，换能器在超声功率源驱动下达到谐振。***7为用TDS1002示波器采集的换能器的激励电压波形(因量程所限，***示为正半周)。可见获得了纯净的正弦波，其峰—峰值接近1000V。