超声波技术范文

导语：如何才能写好一篇超声波技术，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词： 超声波检测 混凝土缺陷 检测

混凝土构件在制作或使用过程中，经常因为管理不善或受环境及意外损伤的影响，其内部可能出现蜂窝状不密实区或空洞。这些缺陷的存在会严重影响构件的承载力和耐久性，采用有效方法查明混凝土内部结构缺陷的性质、位置、范围及尺寸，以便进行技术处理，是工程建设中的一个重要内容。

1超声波检测混凝土缺陷的基本原理

目前，在检测混凝土构件的缺陷方面，超声无损检测的应用比较广泛。其主要方法是：首先测出超声波在混凝土构件各段的传播速度，再比较所测速度值的差异，找出有突变的地方，进行分析，从而判断缺陷的形态、范围等。超声波检测仪器比较简单，便携，操作比较方便，所以被广泛应用于混凝土结构缺陷检测。

2超声波检测混凝土缺陷的方法

2.1平测法

当构件具有两对相互平行的测试面时，可采用对测法，在测试部位两对相互平行的测试面上，分别画出200～300mm等间距的网格并编号确定对应的测点位置然后将T、R换能器经耦合剂分别置于对应测点上，逐点记录相应的声时（ti）、波幅（Ai）和频率(fi)，并量取测试距离（L）。

2.2斜测法

当混凝土被测部位只能提供两个相对或相邻测试表面时，可采用斜测法检测。检测时，将一对T、R换能器分别耦合于被测构件的两个表面，两个换能 器的轴线不在同一直线上。检测混凝土梁、柱的施工接槎、修补加固混凝L结合质量和检测混凝土梁、柱的裂缝深度多采用此方法。

2.3钻孔测法

对于大体积混凝土结构，由于其断面尺寸较大，如直接进行平面对测，接收到的脉冲信号很微弱，甚至无法识别首波的起始位置，不利于声学参数的读取和分析。检测时可用两个径向振动式换能器分别置于两测孔中进行测试，或用一个径向振动式与一个厚度振动式换能器，分别置于测孔中和平行于测孔的侧面进行测试。

3数据处理及判断

混凝土是非均质体，各测点处混凝土的质量是波动与离散的。任何结构上都能测量到一些低值点，但这些低值点不一定都是缺陷。所以各类超声检测规范中都采用了“概率法”。概率法的基本构想是认为：

a．正常混凝土质量的波动是偶然误差所引起，是不可避免的，也是允许的，它的分布是符合正态分布的。同时粗略认为，正常混凝土其声学参数也符合正态分布。

b．缺陷是由过失误差（漏振、漏浆、架空等）引起。它的分布不符合正态分布。

c．现在的问题是如何区别判断这些低测值点是偶然误差还是过失误差所引起，也就是说要定出一个是否是缺陷的临界值：凡低于临界值就是缺陷可疑点。

3.1混凝土声学参数的统计计算：

对于同一构件，同一测距的声速、波幅等声学参数的平均值（mx）和标准差（Sx）应分别按下式及步骤计算：

(1)

(2)

式中：――第 i 点的声学参数测量值；

n――参与统计的测点数。

(1)将测位各测点的波幅、声速或主频值由大至小按顺序分别排列，即X1≥X2≥⋯≥Xn≥Xn+1，将排在后面明小的数据视为可疑，再将这些可疑数据中最大的一个(假定Xn)连同其前面的数据计算出mx及Sx值，并按公式 (3)计算异常情况的判断值。 ( 为异常值判定系数，可查CECS:21-2000取值)

将判断值(X0)与可疑数据的最大值(Xn)相比较，当Xn不大于X0时，则X0及排列于其后的各数据均为异常值，并且去掉Xn，再用X1～Xn-1进行计算和判别，直至判不出异常值为止；当Xn大于时X.0，应再将Xn+1放进去重新进行计算和判别；

(2)当测位中判出异常测点时，根据异常测点的分布情况，按下式进一步判别其相邻测点是否异常。

式中， 、 ，――异常值判断系数(当测点布置为网格状时取 ；当单排布置测点时(如在声测孔中检测)取 )。

4检测实例

某新建工程，因为怀疑某混凝土柱振捣不密实，对其进行缺陷监测。该柱子横截面积为1400mm×1400mm柱高3400mm。

4.1构件布点设置

检测仪器为NM-4A型非金属超声波检测仪。采用对测的方法，网格间距为200mm。AA测试面和BB测试面为同一根柱子的同一平行面且分别布置96个测点。测点布置见图1，图2。耦合剂采用黄油。

对于AA面，先将声速由大到小排列，利用公式（1）、（2）、（3），计算出平均值，标准差，和判断值。结果分别为：mx=4.390, Sx=0.069, X0=4.230。可见X06-01=4.234< X0,则X06-01为异常值。再将X06-01去掉，用其它值继续计算和判别，并未发现其他异常值。根据测点的分布情况，在异常值相邻的测点X06-02, X05-01, X07-01按上述方法继续判别。其中 。由计算得出X0=4.277，故其临近测点无异常。再由同样方法计算BB面，X0=4.251，则X06-01为异常值。计算其临近点X06-02, X05-01, X07-01是否异常，则X0=4.298，故其临近点也无异常。结合AA面与BB面的测试结果，缺陷位置基本相同，缺陷位置可以从测点不知立面图中看出，划有X的为异常点。

5结束语

对结构或构件混凝土不密实区和空洞缺陷检测，不仅在监控混凝土的施工质量、消除工程隐患、加快施工进度等方面具有很重要的意义，而且对长久使用中的工建筑物进行质量鉴定，以便确定继续使用还是加固改造或者是推倒重新修建．也具有决定性的作用。

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关键词 超声波技术；化工；应用

中图分类号O64 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）73-0129-02

就目前世界各国对于超声波技术的应用状况而言，其应用的领域以及应用程度都在不断地扩展和深入，对世界各个行业的工作都发挥了极大的作用。而化工行业作为我国的一个基础性行业，对于超声波技术的应用也是极为广泛的。本文主要就是着眼于超声波技术在化工行业中的相关应用问题，通过分析超声波技术的含义并以几个方面为例具体展示了它在化工领域中的应用，希望能够对化工工作人员有所帮助。

1 超声波技术的相关理论分析

当前时期，随着超声波技术在更多的领域中获得了广泛的使用，超声波技术的发展态势更加趋于火热，研究者们对于超声波技术的研究已经成为一种时代的潮流。具体来讲，超声波就是指声波的频率范围处于20kHz～10MHz之间的这一个波段，超声波技术主要就是应用超声的此种特性而得以发展的，在现实中很多行业的工作都可以实现对于超声波的应用。

从超声波的分类方面来讲，它主要就包括检测超声以及功率超声两个部分。就检测超声中对于超声波的应用而言，人们一般是将其作为信号来开展使用的，比如雷达、水声以及B超等。而功率超声则是指大功率的超声，人们在使用它进行工作的时候，主要就是利用了它的声能机械作用热作用、化学作用、空化作用以及生物医学作用等，比如超声化学、超声清洗、超声焊接及超声加工和超声悬浮等。而化学行业对于超声波的应用，则主要是倾向于使用超声波中功率超声的空化作用。

化工领域对于超声波技术中的超声空化作用的应用，主要是通过以下机理来发生作用的。即：超声空化在作用于液体时，会使其内部的空化核产生诸如振动、压缩、膨胀以及崩溃和闭合等的变动，而液体空化核中的气泡进行崩溃时，在空化核周围会形成约5 000℃的高温以及5×107Pa的高压的一个区域，再加上强烈的冲击波以及超过100m/s速度的微射流对此区域产生高梯度的剪切作用，就会将水溶液中的羟基自由基就会被分化出来。在这个变化过程中，机械效应、光效应、热效应及活化效应这四种物理化学反应会呈现出来，通过四种反应相互作用以及相互推动，液体的变化进程会被加速，超声波技术的影响也最终完成。

总之，超声波技术以其自身所具有的传热以及化学反应等诸多方面的独特的作用，能够通过被应用于超声设备的开发而对各种行业的工作提供便利，在国家的各项事业尤其是化工工作中得到了极大的重视。

2 超声波技术在化工行业中的应用

化工行业的工作一般都涉及复杂的物理化学反应，所以超声波技术等高端技术会经常被用到，而超声波技术中的空化作用对化学领域的影响便是这些技术中最不容忽视的一个。本文下面主要是从化学反应、萃取、采油、清洗这四个方面来讨论一下超声空化作用及超声波技术在化工领域中的应用：

1）超声空化应用于化学反应

化学领域对于超声空化现象的应用较多的一个方面就是化学反应，超声空化能够为化学领域中的化学反应提供一个优质的反应环境，从而推动反应的进展。首先，空化作用可以推动合成化学反应的发生。超声空化对各种对象尤其是有机金属发挥作用，通过对作用对象进行粉碎以及表面活化等的处理，能够替代合成化学反应中的相转移催化剂的应用，使作用对象表面的催化反应大大加速，从而促进了乳化反应以及均相反应等各种合成反应地实现。其次，超声空化技术还可作用于高聚物化学的聚合及高分子降解的反应、电化学的电流密度的提升，以及分析化学等各个方面，对化工领域的化学反应发挥着极大的作用。目前，超声波技术应用于化学反应，不仅缩短了反应时间还有效地保持了催化剂的活性，已经在诸多的常规合成有机的金属化合物的工作中发挥了效用。

2）超声空化应用于化学萃取

除了推动化学反应地实现之外，超声空化现象在化学萃取工作中的应用也是极为广泛的，极大地提升了萃取工作的效率及萃取精度。具体来讲，超声空化在化学萃取中的应用主要是固-液态萃取以及液-液态萃取这两个大的方面，它有效地改善了传统萃取中的萃取速率及萃取效果。首先，超声空化作用在油页岩的沥青质提取工作中，与传统方式一样是使用苯等化学溶剂，而在超声空化的50kHz以及400W的超声场中进行的萃取要比传统萃取的速率高出二十多倍。其次，工作人员使用20kHz以及47W的超声辐照对Ni进行萃取时，能够在机械搅拌的工作地配合下，使其萃取速率提高四到七倍。再者，应用18.5kHz以及250W的超声空化的高强度和大单头的插入式超声场作用于黄金浸取工作，能够极大程度地提升氰化法的浸取速率。当前时期，这种超声萃取的办法已经得到了小幅度的运用，在未来还需要研究人员对其进行进一步地研发。

3）超声波技术推动采油开展

目前我国的化工采油工作通常会受到堵塞物的影响，从而使得原油难以顺利进入到井筒中，极大地阻碍了采油工作效率的提升。而使用超声技术来开采石油，则可以有效地解决这些堵塞问题，从而提升原油的产量。而使用超声波技术进行采油的范围，主要使用于以下几个方面。首先就是在钻井工作进行时那些被泥浆过度浸泡而造成污染的油井；其次是被油层严重堵塞而对水和酸等物质反应敏感的油井；再者就是具有较好的油层物性与厚度但出油效率不高的油井，其他的还有因为受到盐垢地垢堵或者是机械杂质地污染而降低了渗透率的油井等。总之，超声技术在采用工作中的应用，极大地提升了采油的工作效率以及原油出油率。

4）超声波技术应用于清洗工作

清洗工作是化工行业中不可缺少的一个环节，使用超声波技术进行清洗能够有效地提升清洗地效率以及清洗质量，而且还可以将许多不易清洗的盲孔以及深空和狭缝等清洗干净。具体来讲，超声清洗工作主要应用了低频（约20kHz～50kHz）、高频（约50kHz～200kHz）以及兆赫（约700kHz～1MHz）这三个波段的超声波。低频的超声清洗主要用来清洗大部件或者是清洗件的表面污物，而高频的超声清洗则是精细地清洗微电子的元件，兆赫清洗主要清洗集成电路的芯片以及硅片和薄膜等，这三种清洗方式各司其职，对于化工领域的清洗工作发挥着极大的作用。

3 结论

目前，超声技术的研究与应用的热点已经逐步向工业生产的应用这方面转移，尤其是在化工行业领域里发挥了极大的作用，因此，推动超声波技术在化工领域中的应用，必将对我国化工行业发展产生巨大的推动力量。

参考文献

[1]李敬生，沈琴，昌庆，王娟，边选霞.超声波对化工过程的强化作用[J].西安建筑科技大学学报：自然科学版，2007(4).

[2]李伟，刘亚青.超声波的空化作用在聚合物化工中的应用[J].科技情报开发与经济，2007(1).

[3]谢伟，李瑞.超声在化工应用中机理的探究[J].辽宁化工，2010(10).

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随着医疗市场与国际接轨，医学高、新技术的日新月异，我国对降低院内感染也越来越重视，对医疗器械清洁度的要求也越来越高。我科作为医疗用品供应单位深知责任重大，并一直将引进和提高医疗器械清洗效果作为工作中的一个重要课题，进行了深思和探讨。

我科在2008年8月份之前，一直是采用传统的人工刷洗法刷洗医疗器械，这种方法既费时又费力，而且清洗效果也不尽人意。如：有关节、缝隙、齿槽的医疗器械难以刷洗到位，附着在此的污垢不易洗净，剪、钳的轴节处易卡刷毛及其它异物，极易引起物品生锈，特别是镊子的夹缝中，常常锈迹斑斑等等。鉴于人工刷洗法无法满足医疗器械对清洁度较高的需求，我科于2008年8月引用了目前国际上最先进而且应用最广的超声波清洗技术，使用超声波清洗器进行医疗器械的清洗，它不仅清洗洁净、清洗快速，并节省大量人力、物力，较之以往大大提高了工作效率。清洗后的医疗器械光亮如新，生锈率也大大降低。笔者曾就超声波清洗器使用前后的效果作了一个比较：固定使用的镊子500把，从2008.1-2008.6，用传统人工刷洗法清洗，导致生锈而不能使用的镊子共计170把，从2008年10月份至2009年3月份用超声波清洗器清洗，生锈不能使用的镊子仅为30把。从上述可见，超声波清洗器的清洗效果是不言而喻的。

可以说，在目前所有的清洗方式中，超声波清洗是效率最高，效果最好的一种。之所以超声波清洗能够达到如此的效果，是与它独特的工作原理和清洗方法密切相关的，下面，笔者仅就其清洗原理与操作方法作简要介绍。

1超声波清洗原理

当超声波的高频机械振动传给清洗液介质以后，液体介质在这种高频波振动下将会产生近真空的“空腔泡”， “空腔泡”在液体价质中不断碰撞、消失、合并时，可使周围局部产生极大的压力，这种极其强大的压力足以能使物质分子发生变化，引起各种化学变化（断裂、裂解、氧化、还原、分解、化合）和物理变化（溶解、吸附、乳化、分散等）。另外，空泡胞的本征变化频率与超声波的振动频率相等时，便可产生共振，共振的空腔泡内因聚集了大量的热能，这种热能足以能使周围物质的化学键断裂而引起一系列的化学、物理变化等，理论上讲“空腔泡”对清洗对象的强烈的作用称为“空化作用”。

由于超声波的空化作用，其清洗效果远远优于其它清洗手段所能达到的清洗效果。清洗效果比较（根据资料报导）所示：超声波清洗法达到100%，刷洗（用化学溶剂）为90%，蒸气清洗（化学溶剂）为35%，从上看出，超声波清洗是最有效的清洗手段。

2操作方法

2．1将污染的医疗器械回上后，有轴节的，如剪刀、血管钳等串在U型支架上，使轴节部位充分张开，然后和无轴节的医疗器械一并放入500-1000MG/L有效氯溶液中浸泡30分钟后取出清水冲净。

2．2将20G必洁美（多种生物酶）加入4公升常温水中（适宜温度20-50）使本品迅速溶解后，倒入超声波清洗槽内，再将医疗器械全部浸入溶液中，溶液量及浓度视物品量及污染情况而加减。

2．3将通电源开机运行3-5分钟，取出后用常水或热常水冲洗洁净即可。

2．4将清洗洁净后器械烘干，上油并尽快打包，以免再度污染。

3使用超声波清洗器的注意事项

3．1洗涤槽内注入适量水，液面大于4CM，严禁无水运行。

3．2机器运行中严禁改变功率，如需要改变功率，必须关电源，再调强、弱开关。

3．3在运行中，清洗液的温度小于60℃，一旦大于60℃，必须降温，以免损坏换能器，一般温度保持在40-45℃，如低于40，则会降低清洗效果，高于45℃，会导致细菌蛋白质凝固，同样会降低清洗效果。

3．4如起动有故障，不能强行再开机。

3．5放置物品要轻，重的物品不能直接放在槽板上，而要用支架悬浮清洗，与底板距离2-3CM，物品要完全浸泡在清洗液中。

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关键词：超声波检测；衍射成像；缺陷检测

中图分类号：TG115.2 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）03－0054－02

1 超声波检测的基本原理

新型的超声波技术TOFD是一种可以精确测量部件内部缺陷与平面曲线在壁厚方向上的高度的技术，其操作简单直观，与以往的超声波技术不同。目前采用的TOFD技术是利用固体中声波传递最快的纵波在缺陷端实现衍射来进行测量的，如在焊接缝的两侧利用一对尺寸、频率、角度相同的纵波斜向探头并使其位置对称，一个作为发射端、一个则为接收端。发射端的纵波从侧面进入到被检测的焊缝中。无缺陷的时候接收端接收到沿着时间表面传播的侧向波与底面发射波。而存在缺陷的部位在上述两个波之外还会接收到缺陷位置所产生的衍射波。这就是超声波衍射检测的基本原理。

2 超声波成像技术在压力容器检测过程

2.1 检测过程

2.1.1 检测设备准备

采用TOFD的检测需要利用计算机、软件系统、探头与之间等几个部分组成，为了适应压力容器的检测，需要根据检验对象的材料、厚度等进行组合与应用。具体需要注意以下几个方面：探头型号选择，如对75 mm以下容器壁进行检测需要的探头为单探头，检测铁素体钢材时应根据相关的规范进行选择，而对奥氏体或者其他高衰减的材料应降低探头的频率或者增加晶片的大小。如对75 mm以上的容器壁进行检测一定要采用组合的方式进行扫描，其组合的方式应按照相关的规范选择；探头距离选择：在检测前应对所选用的探头的距离进行调试，以此获得最佳的检测效果，超声波检测的最佳探头距离应按照图1所示，并利用公式PCS＝2dtgθ进行计算，其中d是缺陷深度；θ则是探头的角度。

图1 检测探头间距选择

增益性校对，采用超声波衍射检测虽然不是在波幅的基础上进行检测和定量分析，但是增益对仪器的灵敏度影响较大，因此必须在具有合适的增益保证下完成，才能在扫描中发现缺陷。多数检测中，单个超声波探头组的增益设置是将表面的波高达到满屏的40%～90%，以此保证测量的效果。

对声速和探头角度的校对，声波在不同材料中传递的速度不同，因此检测前应对声波的速度进行校对，另外探头的楔块在多次使用后会产生磨损，探头的角度会发生微量改变，检测前必须对此进行校正，声波速度与探头角度可以通过横通孔来完成调整。

2.2 检测软件与硬件配置

在开始进行检测前应对软件与硬件设备进行检查，主要是调整其主要参数使之符合检测需求，如：采样率、扫描间距、速度等。采样率选择在50 mm内时应选择A－扫描信号之间最大采样间隔通常为1 mm；对于壁厚较大的容器，A－扫描信号之间最大的采用间隔可以为2 mm；扫描距离设定，按照被检容器的尺寸和超速设备的内存来设定检测是扫描的距离；扫描速度设定，设定合理的扫描速度主要是在保证高效的前提下控制检测的质量，保证不丢失数据。扫描速度应根据耦合能力和电子系统的数据存储能力而定，通常B－扫描数据丢失不会超过整个扫描检查量的5%，而且不要出现连续丢失的情况。

2.3 检测操作过程

将发射探头和接收探头分别放置在压力容器焊缝的两侧，首先沿着焊缝进行B－扫描，如焊缝、热影响区没有缺陷的时候，会观察到2个超声波信号，一个是声波在表面传播的脉冲信号；一个是时间底部反射的声波信号，两个脉冲信号应位于发射探头和接收探头之间的最短与最长声波程内。两个信号是检测的基本参考信号，如果焊缝中存在缺陷，超声波的大部分能量就会在缺陷的表面出现反射，而一部分能量则会在缺陷的上下端产生衍射效应，且会被接收端检测出来。因为B－扫描不能确定缺陷距离探头的中心位置，因此在第一次扫描后应针对存在缺陷的位置进行二次扫描，此次应垂直与焊缝的方向进行D－扫描，完成后保存资料为成像做准备。

3 超声波成像技术的应用

利用超声波进行检测结束后就会形成一个图形，见图2，并可以获得相应的形状、尺寸等数据，在对成像进行分析的时候主要分为两步。

第一步：根据图像对缺陷进行的定性分析，即确定其性质，依据的是图像的形状和密集程度等；第二步：根据图像对缺陷进行定量分析，主要包括尺寸、位置等参数信息，缺陷的高度则是利用其上下端的衍射信号的时间差进行计算获得，应注意的是上下端的回波位置是相反的，缺陷长度则是利用成像获得，深度是利用表面波与缺陷上端的衍射波的时间差计算获得，缺陷距离探头中心线的距离利用D－扫描求出。至此就可对压力容器中所存在的缺陷进行全面的定量分析，从而指导选择处理措施。

4 结束语

利用超声波衍射探测是一种较先进的无损检测技术，其检测所形成的直观的形象化图像可以明确的对压力容器部件上的缺陷进行描述，利用计算机来处理数据更可以很快的对缺陷完成定性与定量的分析。

参考文献：

［1］陈伟，詹红庆，杨贵武.超声图像缺陷检测新方法［J］.无损检测，2010（06）.

［2］郝晓军，牛晓光，郝红卫，代真，郭立峰.结合TOFD与脉冲反射法的复合超声检测系统的研制［J］.无损检测，2010（01）.

［3］孔立峰，李树学，罗光华，杨景标.TOFD检测技术的应用［J］.河北工业科技，2009（03）.

Ultrasound Imaging Technology’s Application in the Pressure Vessel Inspection

Yao Mengxi, Li Dan

Abstract: The ultrasonic imaging technology can intuitively reflect the actual shape of detection defects, and can use computer software to complete the qualitative and quantitative description, and obtain good results in the pressure vessel inspection.

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超声波技术在各行各业中都有运用到，分为检测超声和功率超声，检测超声中超声作为信号使用，如B超，雷达，水声应用。功率超声就是大功率超声，利用声能的机械作用，热作用，空化作用，生物医学作用（粉碎，乳化等），化学作用。可以应用来进行超声焊接，超声化学，超声清洗，超声加工（打孔，雕刻，抛光等等），超声治疗，超声手术，超声美容，超声波与超声悬浮。

【关键词】超声波 超声波雾化加湿技术 暖通空调

科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹（Hz）。我们人类耳朵能听到的声波频率为20Hz～20000Hz。当声波的振动频率小于20Hz或大于 20000Hz时，我们便听不见了。因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。

1.暖通空调的趋势

暖通空调是结合了采暖、通风、空气调节等功能为一体的新型空调产品。随着我国住宅产业的发展，我们国家在建筑方面使用的能耗已约占全社会能耗的28%左右，那么在建筑节能方面越来越受到国家和各部门的重视。目前在我国实施建筑节能65%的标准，暖通空调系统作为办公楼、住宅的耗能大户，暖通空调对整个建筑物的能耗有着直接的影响。所以，暖通空调的发展受到了多方面的关注。

1.1节能环保成为行业趋势

暖通空调作为消耗资源大的生活用品，那么暖通空调在节能的社会环境下受到了广泛关注。随着暖通空调行业的不断发展，产品的发展布局正在悄然发生变化。低碳节能已经成为暖通空调的基本要求。暖通空调的生产正在朝着新能源、代替能源的方向发展。

节能环保时代的到来，为我们企业的发展提出新的要求。以能源为主的大型企业应该作为行业的领头羊率先发展新的节约能源或者代替能源在空调领域的发展。小企业在这里将迎来的是挑战，紧随着时代的要求发展。所以说暖通空调迎来的是行业的趋势。

1.2空调产品注重体验

目前暖通空调的产品设计更加注重用户的舒适体验，通过优化后的空调，来改善室内环境。实现温度、湿度、净空气、风向可控，带给用户提供更加舒适的生活环境。

2.超声波运用在空调中是对消费者需求满足

我们可以看出消费者对空调的主要要求是在：换气功能、杀菌功能、除湿功能、除甲醛功能和只能控温。那么一般的市场上的空调的主要作用在于控温，不具备以上等功能。但是超声波技术运用在空调领域呢？我们从上文的论述中可以看出，超声波的主要功能就有杀菌功能、除湿功能和除甲醛功能。能满足消费者的需求，同样在空调领域有新的开篇，能顺应时代的要求，是超声波运用于空调领域的价值最高体现。

3.超声波雾化加湿技术运用于暖通空调领域

理论研究表明，在振幅相同的条件下，一个物体振动的能量与振动频率成正比，超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，因而能量很大。随着技术的不断发展，超声技术成为与机械、物理、电子等多学科相联系的高新技术，这取决于超声波频率高、波长短，具有传播方向性强，遇到障碍物易反射的特点的这些特点使得超声波技术在暖通空调中也有着广泛的应用。在雾化加湿、增强除垢、促进换热传递等多方面有可嘉的研究成果。本文介绍超声波技术在暖通空调领域的研究和应用现状。

随着国民经济的提高，人民的生活水平也不断的提高，人们对自己房间的空气的品质也越来越关注。然而空气的湿度是一个很重要的环境衡量参数。室内空气湿度底的话空气十分的干燥很容易就会引起口腔、鼻子、呼吸道黏膜的干燥。这样的话会降低我们的呼吸道的生理防线会让我们更容易的感冒。有时还会出现表面皮层的龟裂，使皮肤出现掉皮现象。另外在生活中的部分生产中，则需要保持一个良好的稳定的湿度环境，湿度不合适会影响到产品的质量，严重的还会造成生产事故（如纺织车间、花炮原材料生产车间等），因此加湿技术得到很大的关注。

3.1常用的加湿技术有很多种，有离心加湿，湿膜加湿、压喷雾加湿、电加湿、汽水混合加湿、超声波加湿等。

3.2超声波加湿噪音小、产生的水雾度底、清洁度高；而且水雾中含有大量的负离子，并且可以有效的吸收空气中的甲醛，尼古丁等有害气体，再增加空气好的湿度的同时还净化了空气提升的空气的质量。如今超声波加湿器早于广泛的应用于家庭，特别是在我国的北方地区，在冬季室内干燥所以应用的特广泛。超声波技术还用于中央空调的清洁、加湿、除静电。保持环境湿度的同时还给了大家一个高品质的空气，从而提高了人们的身体健康指数。

3.3超声波加湿技术有两种，一种是通过超声波雾化喷头实现；另一种是通过用换能器的机械振动产生超声波雾化液体。

3.4换能器机械振动引起超声雾化是利用高频激励电路产生高频电信号，并通过换能器转换为机械振动。关于超声雾化形成的原理，有着不同的理论，一种理论说超声信号传播到液体中，超声波在液体中传播，在液体里发生空化，引起了微波导致了液体打雾化形成。另一种理论被称为超声波在液体中传播，表面波不稳定引起的表面张力波导致雾的，这种理论被叫为张力波理论。

利用超声波雾化喷头实现超声雾化加湿技术，其原理是利用声波共振原理，当压缩的空气撞击共振腔时，气流的出口与共振腔之间产生声波，而声波又在共振腔内产生反射形成共振，当共振的频率达到超声波的频率时，水就能得到很好的雾化。

3.5超声雾化液体可以让我们得到均匀且大小可控的的雾滴，并且会随着声波频率的提高而使雾滴的尺寸变得越小，超声波雾化效果还受超声波的强度影响，超声强度越大，雾化量越就越大。

地暖毛细管网、恒温恒湿的空调系统可以更好改善室内环境。超声波运用在暖通空调中可以帮助用户吸收室内的烟味、甲醛、增湿等功能在很大程度上满足客户的需求。在追求节能环保的同时，暖通空调更加注重人体功能学设计，开发多种人性化功能，满足消费者的多方面需求。推动着暖通空调行业不断可持续发展。

参考文献：

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本导盲系统主要由单片机控制电路，太阳能供电电路，以及报警装置等组成。系统的硬件结构框见图2。

1．1单片机控制电路单片机控制电路主要由单片机进行控制，包括超声波发射电路与接收电路，其电路图见图3。其中stm32f103为单片机，TVG为时间电压增益控制器，PreAmpH和PreAmpL分别为高频通道和低频通道的前置放大器，BPH和BPL分别为高低频通道带通滤波器。单片机控制电路采用收发一体式的超声波传感器。当单片机接到启动命令后，立即从I/O口发送出一串频率约为40KHz的高频信号，而后发送出一串频率约为25KHz的低频率信号，同时计时器开始计时，这两种频率的信号被功率放大后，推动超声波换能器发出两种频率的超声波。发出的超声波遇到障碍物反射后，形成回波，回波经由前置放大、带通滤波及检波后，形成高频回波脉冲和低频回波脉冲。由于高频声波先发出，对同一目标，高频回波脉冲先到达接收器，因此用高频超声波探测近距离的目标;而远处的目标由于高频超声波被空气吸收而大幅衰减，所以回波只有低频声波。回波信号传到单片机后计时器停止计时，通过发射接收超声波的时间差就可计算出障碍物的距离。由于温度对超声波传播的影响较大，因此还必须及时对声速进行修正。空气中声速与温度的关系为。因此需要在上述超声波发射接收电路中加入一个数字温度传感器Ds18B20，实时检测环境温度，并将通过传感器将测得的温度T转化为一个与其成正比的频率信号f，传至单片机处理后来修正声速，从而使测得的距离更精确。

1．2供电装置供电模块由太阳能电池板、太阳能控制器以及可充电的镍氢蓄电池等组成。将太阳能电池板置于导盲仪外部，产生的直流电为主控制电路供电，并将多余电量贮存在蓄电池中。目前常用的太阳能电池为硅太阳电池，其工作原理是:当入射光能量大于硅的禁带宽度时，会在其内部形成电子-空穴对，在结电场的作用下，大部分光生空穴被推到P区，而光生电子被推到N区。随着太阳光的不断照射，光生电子和空穴会在N区和P区不断积累，从而在两侧产生一个稳定的电位差，即光生电动势。太阳能供电模块工作框图见图4。

1．3报警装置报警装置采用HYV040语音芯片，它是一款功能强大的语音编程芯片，抗干扰能力强，性能稳定，具有自动节电控制功能，将导盲仪的所有探测距离需要播放的语音(如“前方障碍物距离为1米”)按不同结果录制好，通过语音芯片配套的语音编程软件直接下载到OTP存储器中永久储存。将经过单片机计算出的障碍物距离传至语音芯片，芯片中的程序根据检测数据的处理结果判断并选择要播放的语音段，并将声音信号送到输出端，通过扬声器来播放障碍物距离。

2软件设计

该导盲仪的软件设计主要由主程序、超声波发射接收子程序和数据处理子程序等组成，其控制核心为stm32f103单片机。单片机控制超声波传感器先发射10～16个完整波形的高频超声波，然后发射4～8个完整波形的低频超声波，并启动定时器定时，当检测到高频或低频回波时计时器停止计时，读取时间差。同时温度传感器将检测的环境温度转化成频率信号传至单片机以修正声速，从而计算出障碍物的距离。探测结果传至语音芯片，判断并选择要播放的语音段，播放障碍物距离以提醒盲人。

3声场模拟分析

超声波声场即充满超声波的空间，超声场中的声压分布可以反映超声波的声场特性。超声波某一点在某一瞬间所具有的压强与超声波声场不存在时同一位置的静态压强之差称为该点的声压。为研究不同频率的超声波传播时的超声场分布情况，用水作为传播介质，采用直径12mm的超声波换能器，利用matlab软件对不同频率的超声波声场进行仿真，得到的声压分布图见图6。从图6中可以看出，频率高的超声波辐射范围小，但声能集中在中心轴线的能力提高，测量精度高，因此适用于探测近处的物体。而频率低的超声波辐射范围广，可以到达远处目标，因此可以用来探测远处的物体。

4结论

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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）.

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[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）.

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超声波图像也会因设定而产生不同的结果，包括：探头频率、扫描方向、扫描深度。因此解译一张超声波图像，不只要有对图像范围内组织与器官特性的了解，还要配合仪器的操作与设定，才能顺利解译图像所代表的意义。三维超声波图像技术在现代医学中具有相当重要的作用。本文在分析二维超声波成像的基础上，分析了现有的医学超声波三维成像技术。

1三维超声的成像技术

可靠的数据提取是得到精确三维超声图像的前提。采用二维面阵超声探头，使超声束在三维扫查空间中进行摆动，即可直接得到三维体数据。但二维面阵换能器的制作工艺限制了阵元数，使得三维图像的分辨率受到了一定的限制。目前已有使用二维阵列的超声成像系统面世。目前三维超声数据的提取仍广泛采用一维阵列探头。用一维阵列探头提取三维超声数据，需要外加定位装置，如目前临床广泛采用的一体化探头。该探头是将一个一维超声探头和摆动机构封装在一起，操作者只要将该探头放在被探查部位，系统就能自动采集三维数据。还有一种新型探头专门用于解决定位问题。该探头有三个阵列，中间的主阵列用于超声成像，与主阵列垂直的两个侧阵列用于提取定位图像。由于探头移动的连续性，所以定位图像两两重叠部分很大，可以通过两侧的定位图像确定两次采样间的位移、旋转，从而确定图像的空间位置。此外，还有一些文献提供了通过相邻图像的相关和图像的斑点噪声统计规律来确定探头侧向位移的方法。

2 三维超声的临床应用

2.1 三维超声在空腔脏器中的应用

2.1.1 胃、肠道疾病 嘱受检者适量饮水或灌肠后可建立良好的透声窗。清楚显示胃肠道隆起性病变与溃疡的大小、深度、边缘形态，观察恶性肿瘤的浸润深度、范围及与邻近组织、血管的立置关系，进行术前TNM分期，对协助临床制定相应的治疗方案，具有重要意义。

2.1.2 膀胱疾病 膀胱充盈后可形成极佳的透声窗，三维超声与二维超声一样清晰显示病变的形态、大小、数目、内部回声，同时三维超声还能显示病变的整体、表面形态及肿瘤对膀胱壁的浸润情况，从而提高了其诊断的准确性，并有助于肿瘤术前方案的抉择。对慢性膀胱炎症、憩室、结石、凝血块等膀胱疾病的诊断，也显示出优越性。

2.2 在实质性脏器中的应用

肝脏疾病 肝囊肿与肝脓肿二维超声诊断准确性较高，而肝癌与肝内其它性质占位性病变相互间的鉴别有时较为困难。三维超声可从不同方位观察肝表面和边缘轮廓，肿三维超声成像在临床上有广泛的应用前景。可用于精确测量和定位在产科临床上，三维超声成像可用于鉴别早期胎儿是否存在畸形以及检查各个孕期胎儿的生长发育情况；在心血管疾病诊断中，可用于多种心脏疾病以及血管内疾病的检查。尽管如此，由于价格和技术上的原因，目前三维超声成像尚未达到临床广泛应用的水平，也还有不少值得研究的问题。

2.3 在妇科的应用

三维超声对子宫实质性肿瘤的断，有一定辅助作用。对卵巢和输卵管病变（特别囊性变），可清晰显示其立体外形轮廓、内部结构、有无分隔与性突起、液体浑浊度等。对盆壁转移性病灶合并腹水的人，三维较二维超声的诊断价值更大。文献报道三维超声诊断附件区恶性肿瘤时，其敏感性由二维超声的80%增87%。此外，三维超声于术前可清晰显示恶性肿瘤浸及围脏器的情况，评价肿瘤与子宫、盆壁及髂血管的关系，为中能否切除肿瘤提供有价值的资料。与此同时，应用3CDE可以显示肿瘤内血管空间结构，并计算单位体积内的瘤血管密度，为肿瘤的定性诊断增加新的参考指标。

3 三维超声波成像

近年来，在临床的应用上，由于三维超声波成像系统的技术大幅改善，使得许多医疗研究领域不断地被开发，因而对病人的诊断以及管理上造成很大的影响。到目前为止，胎儿、心脏以及妇科方面等领域最受到大家广泛的关注。

在三维超声波成像中，首先建立三维结构的人体组织及器官。在临床上虽然医生或专业人员对人体结构上有了充份的了解，可是人体结构复杂，对超声波切面图像所代表的意义不能完全记忆；因此在超声波设备旁，常常都会附上辅助的？面图像，对应各主要部位超声波图像所代表的组织或器官切面位置，方便医生进行对比。近年来，计算机的运算速度不断提升，现在已经能在计算机上展现出逼真的3D ？体效果与多屏幕输出功能；在计算机所呈现虚拟现实中，创造出与真实空间相类似的环境。通过对象物？引擎的开发，更以可在虚拟环境中仿真物体的真实物？特性，进而发展虚拟现实等工具与系统，并广泛应用于建筑、工业、娱乐等领域。最典型的取得三维超声波图像的方法，是通过移动探头，以线性扫描（Linear Scan）、扇形扫描（Sector Scan）或是箭形扫描（Sagittal Scan）的方式，连续取得多张二维图像后，再给予图像间应有的相对空间位置，最后利用表面成像法或是体积成像法来实现三维成像。

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进入21世纪,高效、节能、环保已成为开发新兴工业技术的基本理念。在节能和反应控制优化方面,微波技术和超声波技术已被证明为是非常有效的工业技术,但是这两类技术在应用过程中存在各自的局限性,如果能在同一装置上同步使用微波和超声波,由于微波和超声波活化能量性质不同,其联合使用时可以在改善加热和能量转移时发挥各自的优势,从而大幅度提高能量使用效率,降低能量损耗,改善产物质量。其在许多工业领域有良好的应用前景,有可能成为一种新兴的高效环保的绿色工业技术。

 

1 微波加热的原理和特性

 

微波是一种非电离的电磁辐射,是频率为300MHz～300GHz的电磁波,介于红外线和无线电波之间。微波加热的特性是来源于电磁辐射和物质相互作用中的能量转化引起的发热,大多数物质被微波加热时主要是通过绝缘加热作用,微波产生最有效的绝缘加热频率为0.915到2.45GHz[1,2]。微波辐射的激发会导致分子在外磁场内调整其偶极子,由于电场诱导的极化和重定向现象,大多数微波和物质中的反应产生了化学联系,因此,20世纪80年代以来,发展了一门新兴学科——微波化学。微波反应器应用于有机化学合成、无机化学合成和有机提取领域,大大提高了化学反应效率。微波反应器的设计需要考虑以下技术要求:(1)电场分布均匀,反应器需要能够独立搅拌混合;(2)在考虑到微波的穿透深度后优化设计反应器的几何尺寸;(3)能够对反应器内温度和压力控制参数进行监控;(4)反应器和配件的成本;(5)微波外泄和安全隐患。目前微波技术研究的热点领域包括:微波与光化学;微波与压力;微波与高温合成;微波与等离子体;微波与真空。

 

2 微波技术的应用

 

微波技术具有以下优势:(1)快速能量转移;(2)大容积和选择性加热;(3)加热均匀;(4)高生产效率;(5)快速的开启关闭控制;(6)更加紧凑的设备;(7)环保。图1为目前工业中使用的多模式微波反应器[2]。

 

目前微波在科学和工业领域得到广泛应用。在食品工业中,微波代替常规烤箱加热、干燥、解冻和蒸汽灭菌,可以选择性调味、调色、避免食物的崩裂等。在橡胶工业中,微波替代传统的使用热空气或者盐浴硫化器进行橡胶脱硫。在木材加工业中,温和的微波干燥条件能够使产品质地均一,可以把油漆中的残余水降到2%以下。在环保工业中,微波应用于市政垃圾处理、医院垃圾处理、核污染处理、高毒性物质的处理、塑料回收处理等,能够节约50%的垃圾处理成本。在生物制药领域中,利用微波的反射、穿透、吸收、热效应和渗透速度快等特点,将生物组织和细胞中的生理活性物质提取出来,可以显著提高目标成分的提取量,减少提取溶剂的使用。此外,微波技术在纺织工业、皮革加工、陶瓷工业中也有非常广泛的应用。

 

3 超声波的原理和特性

 

超声波是指频率高于20kHz的声波,其频率下限高于人的听觉上限。超声波是一种波动形式,它可以作为探测与负载信息的载体或媒介,同时又是一种能量形式,当其强度超过一定值时,它就可以通过与传播超声波的媒质的相互作用,去影响,改变以致破坏后者的状态、性质及结构。当超声波在介质中传播时,可以与介质相互作用使介质发生物理的和化学效应,具体有以下效应:(1)机械效应。超声波的机械作用可促成液体的乳化、凝胶的液化和固体的分散。(2)化学效应。超声波的作用可促使发生或加速某些化学反应,还可加速许多化学物质的水解、分解和聚合过程,超声波对光化学和电化学过程也有明显影响。(3)热效应。由于超声波频率高,能量大,被介质吸收时能产生显著的热效应。(4)空化作用。当超声波振动在液体中传播的音波压强达到一个大气压时,其功率密度为0.35W/cm2,由于液体微粒的剧烈振动,会在液体内部产生大量微小空洞。

 

4 超声波技术的应用

 

超声波是一种波动形式,它既可以作为探测与负载信息的载体或媒介(如医学中的超声诊断),同时又是一种能量形式,当其强度超过一定值时,它就可以通过与传播超声波的媒质的相互作用,去影响,改变以致破坏后者的状态、性质及结构(如超声化学作用、医学超声治疗等)。因此,超声波目前广泛应用于化学(合成化学、电化学)、医学(超声影像学、超声治疗)、药学(超声药物输送、天然药物超声提取)等学科领域。尤其超声波清洗技术,由于超声波清洗速度快、质量好,又能大大降低环境污染,已成为电子工业、机械工业、纺织工业、化学工业等以及日常生活中不可缺少的实用技术。

 

罗马尼亚开发的静态超声反应器可以使从植物中提取药用成分的时间从28天缩短至10小时。Prosonix公司开发的Prosonitron P500超声反应器应用于晶体结晶,可以实现无种子诱导结晶和精确控制结晶粒径。Hielscher公司制造的世界最大功率(16,000W)超声反应器,被设计成三到四个单元,可以对大体积的流体进行均质、分散处理,处理量可达50m3/h。

 

5 微波-超声波联用技术的提出和发展

 

将微波和超声技术联合使用会产生什么效果?上世纪八十年代末,意大利和法国科学家提出了微波和超声波联合使用的概念。从作用原理分析,两种技术是互补的,微波提供了对固体颗粒间接性加热和选择性加热的可能性,超声产生的空化作用则可以提供大量集中释放的能量[3]。两种技术联合使用时在改善加热和能量转移时能够发挥各自的优势,提高能量使用效率,降低能量损耗,改善产物质量。

 

1995年,Jacques Berlan等首先制造出了实验规模的微波-超声波混合反应器模型。但是,实用化的微波-超声波混合反应器的制造还存在许多技术难题,例如,如何将金属超声装置放置在微波区域。人们提出了一些解决方案:包括:微波和超声波使用分开的反应器,通过循环泵将液体从一个反应器运送到另一个反应器中;使用单个反应器同步内置超声和微波。在此基础上,科学家设计了不同结构的微波-超声波联用反应器。在新型微波-超声波联用反应器中,微波能量由外部产生并且由外部循环波导引导进入到反应器内部并在反应器中心定位。另一种是在反应混合物内同步采用微波天线和超声传感器,这种结构可以避免微波从反应器内泄漏的危险,并且在超声强度大的时候微波天线不会受到影响。

 

目前,微波-超声波联用技术已展示了良好的应用前景,Cravotto 和Cintas等将微波-超声波联用技术应用于化学领域,结果发现两种能量的结合能够促使大量的化学反应发生,还可应用于天然产物的提取和化学分析的样品准备。

 

近年来,我国已有少量关于微波-超声波联用技术应用的研究报道。如肖谷清等采用微波-超声波联用技术萃取中药黄连中的总生物碱。杨胜丹等对采用微波-超声波联用技术进行中药有效成分提取的研究工作进行了综述。微波-超声波联用技术在中药和天然产物活性成分提取中显示了巨大的优势。可以充分利用超声波产生的强烈振动、空化效应、搅拌作用,和微波的反射、穿透、吸收、热效应和渗透速度快等特点,显著提高活性成分的提取量,缩短提取时间,同时,减少提取溶剂的使用,减少环境污染。陈东莲等报道采用微波-超声波联用技术从醋酸乙烯废触媒中回收活性炭。

 

6 结语

 

微波和超声波联用技术已向我们展现出诱人的应用前景,但是这一新兴技术距离实际应用还有大量的技术难题等待解决,如微波和超声波联用反应器高性能材料的获得、金属超声波装置与微波装置的匹配、如何有效避免反应器内微波的泄漏、反应器的同步加热操作和对温度的控制等。目前微波和超声波联用反应器还处于实验室研究的阶段,但是,有一点我们确信不疑,一种高效环保的绿色工业技术正在向我们走来。

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关键词：超声波；局部放电检测；定位技术；开关柜；故障诊断；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：TM855 文章编号：1009-2374（2016）09-0039-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.09.018

1 概述

目前，高压开关柜已广泛用于电力系统的变电站中，是电力系统中不可或缺的重要组成部分。然而由于环境中湿气、高温、放电、氧化等因素，造成开关柜内电气设备绝缘劣化，最终以局部放电的形式表现且加剧绝缘劣化，进而带来安全事故和经济损失，因此对局部放电信号的检测以及定位是发现开关柜故障并对其进行及时维修的关键。

电气设备在制造和加工以及运输安装过程中，由于工艺和制造水平等原因往往会致使设备金属表面存在突起、绝缘子存在气泡、裂缝、设备表面留有金属碎屑或设备安装过程中留有连接部位松动接触不良等，这些情况都会造成开关柜内设备出现局部放电现象。局部放电长期存在会造成设备绝缘能力下降，引起设备故障。目前的开关柜局部放电检测技术主要有超声波检测法、暂态地电压法和特高频法。各种方法都有其优缺点，超声波法是近几年出现的一种检测方法，由于其灵敏度高、抗电磁干扰能力强、定位准确得到广泛应用。

2 超声波局部放电检测技术

当高压电气设备内部存在局部放电，在放电过程中，随着放电的发生，伴随着爆裂状的声发射，其振动频率在10Hz≤f≤107Hz，产生超声波，且很快向四周介质传播。伴随有声波能量的放出，超声波信号以某一速度通过不同介质（油、SF6气体、空气等）以球面波的形式向四周传播。超声波频率高其波长较短，因此它的方向性较强，且在空气中衰减较大，容易进行定位。此外，声能与放电释放的能量之间是成比例的，因此诞生出幅值比较法。根据超声波在空气中的速度是一定的，诞生了时间计算法进行定位。由于在开关柜内部件众多，而且超声法检测只能从开关柜缝隙中检测，有的局部放电用时间差法计算相对较为复杂，而幅值比较法由于应用方便、结果直接，常用于现场实际检测中。

超声波局部放电检测技术是通过超声波传感器对电力设备中局部放电时产生超声波信号进行检测，从而获得局部放电的相关信息，实现局部放电监测。由于开关柜带电部件较多，电磁环境较为复杂，但超声波法能有效规避这些电磁干扰，对于一些有超声信号的荧光灯和电磁振动等机械波干扰较难排除，因此检测时应闭灯和尽量排除某些振动干扰。

开关柜超声波局部放电检测仪主要由传感器、耳机和检测主机组成，其中超声传感器为敞开式，将传感器沿着开关柜体的空气缝隙扫描监听，同时注意耳机中声音和屏幕示数的变化。当检测到有异常信号时，应该在异常信号周围多布置几个测点检测，找到信号最大值位置，再根据现场开关柜内电气设备情况进行综合诊断。

3 超声波局部放电检测技术的应用

图1 T412开关柜超声波测试点图

图2 2号站变开关柜超声波测试布点

本文以长治某220kV变电站的35kV开关柜为例，应用超声波局部放电检测技术对设备疑似放电部位进行带电检测和定位。35kV T412断路器开关柜布置超声测点如图1所示，测试数据见表1；35kV 2号站变开关柜布置超声测点如图2所示，测试数据见表2。

表1 T412开关柜超声测试数据

检测部位 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦

检测结果（dB） 17 13 8 16 13 11 5

表2 2号站变开关柜超声测试数据

检测部位 ⑧ ⑨ ⑩ ? ?

检测结果（dB） 15 13 9 9 13

两个开关柜为相邻的开关柜，因此通过测试数据和放电声音的音量大小可判断超声信号最大区域为两开关柜相邻的缝隙的中上部，其超声波信号更是达到19dB，超声信号最大值区域如图3所示：

图3 超声信号最大值区域

结合开关柜的内部结构，这里正是断路器出线经穿墙套管和站变连接的部分，因此初步判断为穿墙套管内部脏污或有悬浮电位等引起的局部放电。信号最大值位置开关柜的侧视图如图4所示：

图4 超声信号最大值开关柜侧视图

4 解体验证

通过对开关柜超声局部放电信号检测和结构分析，初步判断出开关柜内部穿墙套管存在放电缺陷，并得出了大概的放电类型，但对于具体放电位置和原因还有待进一步确定，对此，检修试验人员申请停电后打开开关柜柜门进行查看，发现2号站变开关柜穿墙套管屏蔽线断裂，如图5所示。致使引线母排与套管内壁和屏蔽线处于不同电位，使得屏蔽线对母排的绝缘护套发生悬浮放电，且在母排上有明显放电痕迹，如图6所示。

图5 A相套管屏蔽线断裂

图6 引线母排上悬浮放电痕迹

5 结语

超声波局部放电检测技术是目前发现开关柜内部电气设备因接触不良、脏污、悬浮电位、自由金属颗粒等引起的局部放电最有效的手段之一，尤其是对开关柜内外绝缘发生的爬电和表面局部放电更为有效。超声波在空气中衰减较大，这就为超声波局部放电在定位上得到了更方便的应用。而开关柜内电气设备较多、电磁环境复杂，幅值比较法不失为一种简便快捷的现场超声波定位方法。

参考文献

[1] 骆东松，范鹏飞.超声法在检测高压开关柜内局部放电的应用[J].电子设计工程，2015，（6）.

[2] 刘新宇，王衡.一起应用超声法检测高压开关柜局部放电的案例分析[J].新疆电力技术，2011，（3）.