超声新技术 篇1
一、报名方式
1.E-mail:将回执单所需信息内容发至mumengjuan@yahoo.com.cn, 穆梦娟收。
2.信函:用正楷详细填写报名回执单 (见附表) , 请于2010年9月15日之前将回执单寄回 (以邮出日期为准) 。
邮寄地址:北京市复兴路28号解放军总医院肿瘤大楼介入超声科 穆梦娟 (收)
邮编:100853
3. 联系电话:010-66939530 传真:010-88210006, 穆梦娟 收
二、相关事宜
1.学习班费用:1000元/人
2.住宿
西南饭店:北京海淀区沙窝桥南;费用:80～90元/天
众晶鑫酒店:北京海淀区复兴路26号;费用:140元/天
3.报名时间及地点:
超声新技术 篇2
为了保证海洋平台的生产安全和人身安全, 需要检测泄露的可燃气体并对其及时报警以预防火灾或爆炸事故的发生。就气体泄露的本质而言, 每次轻微泄露都有可能在较长时间内不被检测到, 并且由于通风的影响, 使用传统的方式已经很难检测到这种微小泄露。当这种轻微泄露长时间发生时, 气体云就会聚集在平台周围, 当气体云足够大时, 就可能会带来安全隐患或严重后果, 因此对可燃气体进行检测是极其重要的。
2 超声检测原理
如果一个压力容器或管道内充满气体, 由于内外压差较大, 一旦容器有漏孔, 气体就会从漏孔冲出。当漏孔尺寸较小且雷诺数较高时, 冲出气体就会形成湍流, 湍流在漏孔附近会产生一定频率的声波, 声波振动的频率与漏孔尺寸有关, 漏孔较大时人耳可听到漏气声, 漏孔很小且声波频率大于20k Hz时, 人耳就听不到了, 但它们能在空气中传播, 被称作空载超声波。超声波是高频短波信号, 其强度随着离开声源 (漏孔) 距离的增加而衰减。因此, 超声波被认为是一种方向性很强的信号, 用此信号可以判断是否发生气体泄漏。气体泄漏时产生的超声波本质上是湍流和冲击噪声。泄漏驻点压力P与泄漏孔口直径D决定了湍流声的声压级。公式如下:
式中:L为垂直方向距离喷口1m处的声压级 (单位:d B) ;D为漏孔直径 (单位:mm) ;D0=1mm;P0为环境大气绝对压力;P为泄漏孔驻压。由此可知, 在与泄漏孔的距离一定时, 泄漏超声的声压级是随泄漏孔尺寸和系统压力的变化而变化的。
3 与传统气体探测器的比较
传统的可燃气体探测器 (无论是点红外还是催化燃烧原理) , 它都必须有泄漏气体的扩散积聚, 浓度增加的过程, 一般来讲, 它更适宜在密闭半密闭空间或室内应用;而对于在一些室外通风的场合, 如海洋平台, 这些传统的探测器, 却很可能对长时间发生的气体泄漏无法进行检测。根本原因在于它们的检测机理是:泄漏气体必须有一定的积聚并接触到传感器的过程。但是在类似海洋平台等开敞环境中, 由于风的影响, 泄漏的气体往往被吹散, 很难保证能与探测器的传感器接触良好。
超声波气体泄露探测器不同于以往传统的可燃气体探测器, 它不需要经过泄漏气体的扩散积聚、浓度增加并接触到传感器的过程, 而是检测高压气体泄漏时产生的超声波, 对气体泄漏进行探测。超声波是不受风的影响, 因此不需要泄露气体与传感器相接触, 这就使该仪表成为在海洋平台环境探测气体泄漏的理想选择。超声波气体泄露检测器对泄漏气体的检测还体现出它的“即刻”特性:即只要当压力气体泄漏一发生, 就被检测器即刻响应, 在条件良好的情况下, 可以达到有压气体泄漏 (φ2mm起) 的即刻检测。也正因为如此, 它就减少了由于气体可能积聚带来灾难的风险。
4 在项目中具体应用
本项目选用超声波气体泄露探测器, 通过探测高压气体泄漏时所产生的超声波, 以达到检测气体泄漏的目的。探测器的检测范围设定为25 KHZ~70 KHZ, 由于人耳能听到的频率范围是20 HZ~20 KHZ, 而超声波却能产生于气体泄漏点, 并与气体泄漏率 (流量) 成比例, 同时气体泄漏产生的超声波不会受风或空气扩散的影响, 这就使该仪表成为在海洋平台环境检测气体泄漏的理想选择。超声波气体泄露探测器能过滤25KHZ以下的噪声, 同时为了防止25KHZ以上的超声噪音误触发探测器, 在安装超声波探测器及设置探测器报警值之前, 必须对检测区域的背景噪声水平进行测试评估, 以调整探测器的灵敏度, 防止探测覆盖区域中超声噪音的误触发。大多数噪声源 (机器、发电机和涡轮机) 产生的噪声都低于超声波探测器检测范围, 但是某些工业污染源排放时产生的声音有可能会触发超声波探测器而进行误报警。因此, 探测器设有一个内置的延时功能, 只有持续超过报警值超过15S, 才能真正触发报警, 从而防止误报警的出现。如下图1所示。
超声波探测器的检测覆盖范围还取决于探测器所安装区域的背景噪音水平, 根据经验, 将现场环境划分为很低噪声区、低噪声区及高噪声区三大类。表1中的覆盖范围是基于0.1kg/s泄漏率, 是在户外区域能容许的甲烷气体最大释放量。同时超声探测器的报警触发值应高于超声波背景噪音4-6 d B。在条件良好的情况可以探测到20M半径范围内0.1kg/s的泄漏量 (通常称小泄漏) 。
超声波气体泄漏探测器具有一定的方向特性, 能对其下方45度角范围内进行全方位的实时检测。针对其他角度探测器也能提供检测但探测距离会缩短, 具体可参见下图2。这些特性基于探测器与泄漏点之间无实体障碍 (例如船, 实心墙体等) 。正常的管道系统不影响超声波探测器的覆盖范围, 针对某些特殊应用超声波探测器应倾斜45度来安装。
综上所述, 超声波气体泄漏探测器可以作为传统的可燃气体探测器 (点红外/催化燃烧式) 的有效补充, 在本项目中, 超声波探测器和传统的探测器同时应用以提升现场检测的安全性。
根据经验我们认为海洋平台井口区域属于高噪声区, 因此将探测器的触发值设定为84d B, 探测覆盖半径为5~8M。在本项目8M*8M的井口区域中 (如图3所示) , 布置了四个超声波气体泄露探测器, 形成一组四选二的触发逻辑, 并与附近的3个传统的点式气体探测器同时应用以提升现场检测的安全性。其中G为传统的可燃气体探测器, U为超声波气体探测器。
经过方案优化, 综合考虑成本和可操作安全性, 本项目采用超声波气体泄露探测器对可燃气体的泄露进行检测, 能够迅速有效地探测到海洋平台生产设施的微小泄露, 减少了可燃气体云聚集造成的安全隐患。超声波泄露探测具有通过及早提供气体泄露的预报警以减少火灾和爆炸带来的灾害的效果, 因此我们将其与现有的气体探测系统结合起来, 用于提升海洋平台的QHSE水平。
参考文献
[1]石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范[S].中国石油化工集团公司, 200910-1
论超声波测距技术 篇3
[关键词]超声波测距；原理；应用；问题
一、超声波测距原理
超声波测距的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。超声波发生器内部有2个压电晶片和1个共振板，当2极外加脉冲信号的频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将发生共振，并带动共振板振动，从而产生超声波；当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片产生振动，将机械能转换为电信号。设超声波整个传播时间为 t（单位s），超声波的传播速度为c（单位m/s），则计算出发射点与反射点的距离为： s=c×t/2；超声波在固体中传播速度最快，在气体中传播速度最慢，而且声速受温度影响最大。t为环境摄氏温度，则超声波在空气中的传播速度为： c=331.4×√1+ t/273 。
二、超声波测距技术的应用
1.采用超声波测量地面距离
超声波测距技术应用最广泛的莫过于常见的测绘地形图，建造房屋、桥梁、道路、开挖矿山、油井等地面距离的测量。由于超声波的非接触检测特点，以及它不受光线、被测对象颜色等的影响，在不利于测量的条件下，仍然具有很强的适应能力。
2.超声测距仪技术在机器人技术上的应用
其大致原理是，将超声波源安装在机器人身上，通过人为设计 ，由它发射超声波，然后接收由障碍物反射回波来确定机器人的自身位置，它充分利用了超声波的易于定向发射、稳定性好的特点，在机器人的研究中越来越受到重视。
3.超声波测距技术在倒车警报中的应用
超声波测距技术在倒车警报中的应用，充分利用超声波穿透性好、抗干扰能力强，不受空间电磁波干扰，可靠性高的特点。通过对声、光报警电路芯片设计，定时器的设计，控制器 CPU、显示器 LED 的选择，能在汽车倒车时自动检测并显示车尾与最近障碍物之间的距离，当达到安全极限距离时，它能发出声光警报，提醒司机刹车，减少行车中的安全隐患。
三、现阶段常见问题的分析及解决
1.超声波传播波速不恒定
超声波在介质中的传播速度随周围环境（温度、压力等）的变化而变化，其中温度的影响最为明显。常温下，超声波的传播速度为 340m/s，温度每升高 1℃，声速增加约为0.6m/s，因此超声波测距中一般采用温度补偿的方法，即在数据处理中对超声波传播速度进行实时温度补偿。
2.回波信号幅值随传播距离增大呈指数规律衰减
回波信号幅值随传播距离增大呈指数规律衰減，使得接收传感器接收到的回波信号随着测量距离的增大而大幅减小，给回波前沿的准确定位带来困难，造成测量精度降低。在回路上串入自动增益调节环节（AGV），使得电路放大倍数随着测量距离的增大而相应规律地增加，可有效解决该问题。
3.盲区
发射超声波时，超声波换能器在驱动脉冲结束后，会由于惯性继续振动，产生余振。余振期间，由于无法区分回波信号与余振信号，因此必须等余振停止或衰减到足够小后，才能允许接收传感器接受信号。这段时间由于无法检测超声波传播距离，从而出现盲区。为了减小盲区，即尽快让余振衰减到零或足够小，可用自动根据测量距离远近调控发射功率的方法，即自动根据距离的远近来调整发射拖尾波覆盖信号的宽度，从而消除拖尾波的干扰。也可用增大余振衰减系数的方法，来加速余振的衰减。还可通过减小电容上电压最大值U的初值来加速余振衰减的方法，也可在一定程度上减小盲区。
4.超声波旁瓣影响
接收传感器在超声波发射结束后接收到的第一个波一般是串扰直通波。它是超声波信号由近源的波束旁瓣或通过换能器绕射，直接到达接收传感器造成的。因此，安装传感器过程中，两个探头之间距离应大于3cm，从而降低超声波旁瓣对测距系统精度的影响。
5.混响信号干扰
混响信号是由于水中介质及界面等非目标物对发射信号的反向散射波在接收点叠加而产生的。其本身是一种回波，且包含的信号频率与发射信号相近，不能被一般滤波电路或算法消除。特别在近距离探测中，它是主要背景干扰。测距时，可以根据时间变化，控制接收放大电路的增益，以实现对混响信号幅值的抑制。
6.超声波探测器测量分辨力和探测角度范围的矛盾
超声波测距选用大波束角探测器，可以满足探测范围要求，但分辨能力较差，难于准确地提供目标的边界信息。然而如果采用小波束角探测器，可以满足分辨能力的需要，但探测范围很难满足要求。针对这一矛盾，可用步进电机驱动单套小波束角传感器做扇形扫描的方法，即步进电机每转过一个步距角，测距系统便在当前的角度上测取一个距离信息，结合当前的扫描角度，就得到了一个较为精确，而且兼有距离、方向的位置信息。该方法有效弥补了大波束角探测器分辨能力差，小波束角探测器探测范围不足的缺点。
参考文献：
[1]吴慎山，聂惠娟，吴东芳，等.智能超声波测距系统的设计[J].河南师范大学学报：自然科学版.2007.
[2]杨建华，翟青，梁晓章.具有语音播报功能的超声波液位测量系统设计[J].电子产品世界.2014.
胃肠超声新技术申请报告 篇4
项目名称：胃肠超声新技术 科室：超声科 项目负责人：
1、开展本项目的目的和意义？
胃肠超声的最大特点是无创伤，无痛苦，简便易行，可重复性好，不仅方便，准确，价廉，无任何副作用，只要有B超机配合有回声的速溶胃肠超声助显剂即可，故较内窥镜`X线钡餐检查更为病人所接受，同时不需要特殊的准备和要求，可在基层医院广泛开展，并可用以大规模的胃肠病普查工作。
胃肠是临床发病较多的器脏之一，目前除了胃镜外急需更多的辅助检查手段.可以跟内镜弥补相辅相成.过去主要是靠X线钡餐造影，胃肠镜检查为主要手段。虽然其优势无可非议，但其创伤性和交叉感染却是无法避免的，胃肠超声克服了X线和肠胃镜不能显示胃壁的病变。难以判断病变浸润的程度及范围方面存在不足。
超声检查不仅可发现胃肠粘膜的病变，而且能清晰显示胃肠粘膜下肿瘤，观察肿瘤的内部结构特征及病变范围，浸润深度，进行肿瘤TNM分期诊断，并能显示周围脏器的病变，淋巴结是否转移.对胆总管下段及胰腺有增强显影.弥补了内窥镜和X线钡餐检查的不足。
特点：简便、快速、安全、准确、无创 适用：（1）胃肠疾病诊断
（2）健康体检筛查
（3）做胃镜前定位
（4）胃肠术后复查
（5）胃镜检查禁忌证
（6）胃镜检查检查不到的疾病
筛查：胃蠕动僵硬，胃壁不规则增厚，缺损、占位供胃镜CT确诊 增影：增强胃周围脏器如：肝、胆、胰B超的检查显影效果等。
临床应用
消化科：胃癌、胃溃疡、胃间质瘤、十二指肠溃疡、胃底静脉曲张、胆总管下端肿瘤等
外科：胃十二指肠手术后复查残胃、吻合口溃疡、胃癌复发等。
内分泌科：内分泌疾病观察胃动力、动态改变、合并胃扩张、胃蠕动减弱等。 内窥镜科：适用于胃镜检查禁忌症，如老年人、小儿，食道狭窄，吞咽困难，剧烈呕吐，急性消化道出血（十二小时内），肝炎病毒携带者和不愿接受胃镜检查的患者。 增显效应：对胃周围脏器如肝胆胰腺有明显增显效应，对胰腺疾病诊断更佳。 体检筛查：由于安全、有效、无创、快捷、价廉等特点，适用于开展健康体检的胃肠疾病筛查，胃蠕动僵硬，胃壁不规则增厚，缺损、占位供胃镜CT检查确诊。
2、目前国内外以及省内外开展的情况？
国内（上海，浙江，江苏，湖州，山西，内蒙，四川，陕西，云南，重庆，河南，湖北，新疆等。。。）
省内（华西医院，四川省人民医院，四川省中西结合医院，成都第一人民医院，成都第三人民医院，宜宾第二人民医院，自贡第一人民医院，达州中心医院。眉山人民医院，崇州人民医院，崇州中医院，崇州第二人民医院，新津人民医院，新津中医院，江油市人民医院，郫县人民医院，资阳市第一人民医院，安岳人民医院，资阳市中医院，都江堰中医院，贵州市一医院，贵州省二院，安顺市三0二医院，黔西南妇女儿童医院，贵阳附属中医二院，毕节市人民医院，云岩区人民医院，黔南州中医院，贵阳附属第三人民医院，兴义市人民医院，清镇中医院等。。。）
3、能达到预期的效果？
超声检查不仅可发现胃肠粘膜的病变，而且能清晰显示胃肠粘膜下肿瘤，观察肿瘤的内部结构特征及病变范围，浸润深度，进行肿瘤TNM分期诊断，并能显示周围脏器的病变，弥补了内窥镜和X线钡餐检查的不足。诊断准确率高，因选用造影剂不同，其诊断准确率相差很大，采用均匀有回声型造影剂，总的诊断符合率达95.6%，敏感性达98.5%，特异性90.2%，胃十二指肠炎诊断率达95.7%，十二指肠溃疡诊断正确率96.2%，对早期胃癌的诊断率为68.4，进展期胃肠癌的诊断符合率为97.4%，大肠癌诊断率95.8%，大肠息肉诊断率90.5%，胃平胃肌瘤的诊断率94.6%，急性胃炎诊断准确率98%。
禁忌症：不能进食者，急性胃扩张，上消化道穿孔，上消化道活动性出血者。
超声新技术 篇5
传统的涡轮流量计只能测试固定位置并存在破坏管路系统的缺陷[1],而运用基于超声波技术的非接触流量测量技术,不会干扰燃油的流动状态,不会造成节流压力损失,具有较高的工作可靠性、可控性和稳定性。
1 测量分析①
超声波测量应力在测试领域已成为精度较高的常规方法,超声波流量测试是基于波在流动介质中传播的速度原理而设计的,被测流量等于被测介质的平均流速和声波本身的代数和。由于对流体不产生扰动和阻力,因此很受欢迎[2]。笔者所指的超声波方法主要指通过传播过程中的时间差计算流速的方法。超声波在介质中的传播情况如图1所示。
通过测量超声波脉冲顺、逆流传播时的速度差来反映流速。具体可通过测量时间差、相位差和频率差来确定流速,其中时差法和相差法因受声速影响,实际应用较少,频差法则克服了声速随流体温度变化带来的误差,所以准确度较高,应用较广[3]。管内流体速度V的计算式为:
式中ΚRe———流体力学修正系数;
Κα———声学修正系数;
tfl———通过流体时间;
Δt———信号接收时间差。
其中声学修正系数Κα受到传感器声速与穿过被测介质时的角度影响,有Κα=Cα/sinα,如图1所示。
2 实际测试应用
战斗机通常拥有形状复杂的机身油箱,并且机身油箱的设计非常困难(如流体管网设计)[4]。由于燃油在飞行过程中被大量消耗,所以燃油系统有自身的特点,如油箱数目多、输油管路和通气管路的连接比较复杂、油箱往往难以全部装在飞机重心附近等,飞机在飞行过程中重心会发生显著移动,对飞机的平衡会产生较大的影响。
首次将非接触式流量测试系统引入到某型号飞机燃油系统试验中,这在国内的型号研制和航空产品试验中还较为罕见。该型号无人机采用非常规双机身布局,对飞机左右前后重心偏差要求十分严格,燃油系统是影响飞机重心的关键因素之一。被测试系统的简易示意图如图2所示。
图2中,左右两侧各有两个油箱,靠近机头部分为两个主要消耗舱,每个主要消耗舱中各有一个动力泵源和一项单向活门开关。后侧油箱通过油箱内的射流泵为消耗舱输油,机载计算机调节燃油系统各个开关左右输油流量的控制是燃油系统调节重心的重要手段,燃油系统管路流量测量是整个飞机平衡姿态的基础保障。为此将非接触流量传感器安装在左右输油管路上,由于燃油管路较为密集,留给测试传感器的空间较小,采用一组传感器同侧安装的方式较为符合实际情况,如图3所示。
正确选择测量点对于实现可靠且高精度的测量是至关重要的,测量必须在管道上进行。由于应用的不同和影响测量的因素众多,对于传感器的定位并无标准方案。传感器位置的正确性受到几个因素的影响:主要有管道直径、材料、内衬、壁厚和形状;介质参数输入的准确性;管路中的介质是否存在气泡。
3 故障试验对比
采用某型号无人机的燃油分系统输油故障数据对非接触测量进行比对分析。此次的输油故障试验为模拟单侧的输油开关无法正常关闭,燃油输油系统处于故障状态。用Lab VIEW采集数据后制成图像,图4模拟的是左侧输油故障,图5模拟的是右侧输油故障。
图4给出了该型号飞机输油故障试验时的几项重要参数,其中调节左右输油流量和通过燃油系统的热回油球阀分配流量是该型号飞机重心调节的主要方式。此次验证超声波技术只将输油方式进行讨论。发动机引气压力是对应发动机不同状态下的模拟条件。在输油故障试验中,将后侧油箱中输油活门的机械浮子卡滞于落下位置。试验目的是为了验证输油附件故障状态下输油子系统的工作性能。通过非接触式测试系统显示了实时的左右输油流量。其中左侧的输油活门一直处于输油状态,与试验设置故障一致。同理模拟右侧故障情况。
图6给出的是在左侧输油故障试验中的各个供油流量。其中左右直流泵供油油量是测试在左右主消耗舱内直流泵出口处的流量。发动机耗油量是测试整个供油主路上的流量大小。发动机的耗油量是根据各个时期飞行状态对油量的需求大小设定的。通过图6可知,在故障试验中左右供油管路的流量变化趋势大致相同。耗油量最大情况发生在试验中的10 000~15 000ms时的爬升阶段,25 000~30 000ms时飞机处于平飞状态,各个耗油量平稳。
左侧故障试验证明了超声波技术在燃油试验中运行良好,测量准确。通过对比正常输油试验数据表,可以看出故障对燃油系统的影响,见表1。
4 结束语
超声波流量计通过检测超声波在流体传播过程中的频移来实现流量测量。在燃油系统试验中实现了非接触测量,且具有不受温度和压力影响的优点。这些特点相对于传统涡轮流量计来说具有极大优势。通过实际试验使用和外场保障应用,该测试方法满足飞机燃油试验需要,主要设备具有较高的工作可靠性、可控性和稳定性,且方便易携带,可实现燃油系统的无损测试。
参考文献
[1]赵涌,侯敏杰,陈冕,等.航空发动机高空模拟试验燃油流量原位校准系统设计与检验[J].燃气涡轮试验与研究,2013,26(1):5~8.
[2]毕雪芹,倪原,雷志勇.基于双频多普勒法的超声波流量测试[J].探测与控制学报,2008,30(4):73~75.
[3]于建国.优于皮秒(ps)量级的频标比对技术和高精度频率测量方法的研究[D].西安:西北工业大学,2003.
超声弹性成像技术的临床应用 篇6
1超声弹性成像技术分析
超声弹性成像技术的基本原理是对组织结构施加外部或内部的静态或动态激励, 在生物力学和弹性力学等规律制衡下, 组织会产生相应变化, 比如速度分布、位移和应变差异, 在处理过程中以成像技术与信号处理技术估算组织结构的内部特征, 将模量力学属性差异估算出来, 其成像可以分为2种:组织成像和血管内成像。
1.1在估算血管的运动情况时, 成像技术利用血管内血压变化与挤压情况得出估算结果, 可以清楚的计算出血管分布的情况。血管内成像技术可以估算出粥样斑块的组织成分, 能够准确评价出形成血栓的硬度及时间, 可以评价斑块易损性, 甚至可以观测出药物治疗的效果, 其临床价值较高。
1.2组织成像技术采用准静态或静态组织激励的方式, 利用探头挤压板设备, 沿探头纵向压缩组织结构, 给组织结构施加微小应变力。应根据不同组织结构的弹性标准, 增加交变震动, 改变其原有形态, 能够将时间段内的信号收集归拢, 并且可以将组织结构内部位移情况估算出来, 从而得出组织变形程度。
2超声弹性成像技术临床应用研究
2.1在治疗乳腺病时, 笔者用评分法得出结论, 在100例乳腺病评分研究中, 病情1分到2分的患者, 有88%为良性病灶, 在该分数内的患者其乳腺病的变硬程度较小, 可以确定超生弹性成像技术有助于诊断乳腺病。由于近年来弹性成像技术广泛应用于乳腺病变的治疗中, 我国很多学者通过大量的临床实践研究, 总结出超生弹性成像技术可以广泛应用在乳腺病诊断中, 并且该技术取得了十分好的诊断效果。笔者通过临床实践, 对比二维灰阶联合彩色多普勒超生诊断技术与超生弹性成像技术的差别, 在检验过程中发现, 超声弹性成像技术更具准确性, 并且其可以有效诊断出乳腺疾病病变情况, 可以准确诊断出病变的特异度和敏感度。而采用二维灰阶联合彩色多普勒超生诊断技术, 则可以发现其诊断的准确性、特异性与敏感度都比超生弹性成像技术要低[2]。所以, 超生弹性成像技术更适于诊断乳腺疾病。本文参考相关专家研究结果得出, 采用新型评分标准对乳腺病进行超生弹性成像评价研究, 其诊断结果要比传统的评分方法准确值和敏感度要高, 在应用过程中, 新型评分方法可以在一定程度上降低不必要的穿刺活检, 该方法与X线成像方法较为相似, 笔者在对100例患者诊断时发现, 在对比过患者的手术治疗效果后, 比对超声弹性成像技术与X线检测技术情况, 超生弹性成像技术更有利于准确检测出患者病变情况, 其检测的准确值和敏感度也要优于X线检测技术, 因此, 在临床实践中可以广泛应用。
2.2在治疗前列腺疾病时, 超声成像技术利用肿瘤细胞密度与正常前列腺组织密度不同的特点, 可以通过比对前列腺瘤组织弹性和正常组织弹性进行诊断, 这点和UE原理是一样的。笔者参照相关案例得出结论, 实时成像可以检测硬度更大的前列腺组织, 使前列腺穿刺活检的靶向性更强, 笔者在诊断150例前列腺癌病例中, 有123例为患者有阳性反应, 其局部组织的硬度比周围组织要大。在对案例进行分析时, 笔者得出结论, 常规诊断方式与UE联合应用, 可以降低组织活检假阴性, 能够提高前列腺组织活检的敏感度。
2.3相关专家在临床研究中证实, 在检测肝纤维化病变时, 成像技术的运用方式与检测准确值成正比, 运用方法不同直接影响着检测准确度[3]。研究人员选取了若干篇明确报道超声弹性成像技术准确度的论著, 提取文中的关键数据, 并根据其特异性和敏感性展开分析, 结果表明对纤维化五级患者而言, 成像技术的敏感度是87%, 其特异度是91%。对2~4级患者而言, 上述标准分别是70%和84%。当前, 国外临床研究认为超声弹性成像技术是新型的无创肝纤维化诊断手段, 其可以取代活检诊断肝纤维化的地位, 但是仍需多宗临床研究证实其可应用性。
2.4在临床实践中能够得出结论, 在用成像技术评价心肌功能时, 其评价情况较为特殊, 成像技术采取激励自身心脏舒张和收缩的办法, 将组织套头径向位移的情况估算出来, 从而将心肌应变能力和应变参数时间与空间变化情况估算出来, 它可以客观准确的定量评价局部心肌的功能, 具有分辨率高、重复性高、精度高和角度无关性等特点, 可以应用在心肌缺血和心肌梗死临床治疗中[4]。
3未来前景展望
虽然超声弹性成像技术的局限性较强, 该技术在操作时经常会受到人为因素的制约, 例如人为调控振动频率和施加力度等, 同时由于深部肿瘤受力情况要明显高于外部肿瘤, 因而会对检定结果造成影响。超声技术不仅在诊断肿瘤病变情况时有较高的应用价值, 还可以在肿瘤病变早期将其检测到, 可以达到提前预防、及早控制病情的作用[5]。相信在不久的将来, 随着我国医疗技术的不断发展, 三维超声弹性成像技术必定会更具可靠性与安全性, 为治疗肿瘤病变提供更多可能。
4总结
超声弹性成像是一种新型成像技术, 其扩充了超声诊断理论的内涵, 解决了常规超声中存在的不足之处, 更加生动的定位、显示病变, 可以准确的检查病变情况, 完善了传统的超声技术, 在临床诊断中逐渐体现出技术的独特价值[6]。同时由于我国医疗水平与科学技术的不断进步, 超声弹性成像技术的应用越来越广泛, 并且其技术可靠性不断得到增强, 相信在不久的将来, 超声弹性弹性技术必定会迎来新的革命式发展, 其技术优势必定会受到更多医务人员和患者的认可。
摘要：超声弹性成像是一种全新技术, 可以估算出组织结构内的具体情况, 直接或间接的反应出组织结构内的弹性力学属性差异, 从而更直观的显示出定位病变情况。当前其研究的主要方向集中在甲状腺、乳腺、血管壁及肝脏等病变部位, 本文结合该技术的特点, 研究其临床应用问题。
关键词：超声弹性成像技术,临床应用
参考文献
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超声新技术 篇7
Krimholtz提出的等效电路成为人们研究压电换能器匹配、调谐理论的基础[4]。林书玉等指出阻抗匹配的目的是调节换能器电路的阻抗与电源匹配以获得最大的电功率[5]。对于超声珩磨谐振系统阻抗匹配性的研究很少。
基于最佳功率传输原则,在超声珩磨谐振系统中接入串联电感和并联电容构成的匹配电路,采用Matlab仿真平台和PV70A阻抗分析仪进行了仿真分析和试验研究。
1 超声谐振系统阻抗匹配原理及设计
1.1 超声谐振系统阻抗匹配原理
首先对超声珩磨谐振系统进行等效,将压电换能器看成非线性电容,变幅杆、弯曲振动圆盘、挠性杆、珩磨头体装置等都是换能器的输出负载端,将它们视为负载电阻,其等效电路如图1中虚线右侧部分。图1中,C0表示静态电容,Ld表示动态电感,Cd表示动态电容,R1表示动态电阻,Rf表示负载电阻,Rd=R1+Rf。
设Z表示超声珩磨谐振系统等效电路的总阻抗,ω表示系统角频率,ω=2πf则
式(1)中,
将其进行并联等效,R’和j X’分别表示并联等效电阻分量和等效电抗分量,则
由式(1)和式(2)可得
本研究采用最佳功率传输原则进行匹配,要求接入匹配元件后,能使X‘近乎为零,系统输出端呈现纯阻性。
1.2 匹配电路设计
根据功率超声谐振系统的设计要求,超声电源产生15~25 k Hz的超声频电信号,匹配电路应配合超声珩磨谐振系统实现调谐、滤波、降阻的功能,所以设计采用串联电感并联电容电路作为匹配电路网络,将其接入超声珩磨谐振系统中,具体见图1。串联电感并联电容电路是一个低通滤波电路,超声频电流信号通过匹配电路时,感抗很小,容抗很大,信号损失很小;当其他(高频)信号通过匹配电路时,电感的感抗增加,容抗减小,信号被衰减。
设Zs表示串联电感并联电容匹配电路总阻抗,由图1可知,
匹配条件
从式(6)可知,匹配电路中L和C的选择适当的量值,可以实现阻抗匹配的目的。
2 仿真结果及分析
仿真前,采用PV70A阻抗分析仪对超声珩磨谐振系统所用超声换能器参数进行测定,测得:C0为6.246 n F,Cd为0.268 n F,Ld为278.799 m H,Rd为111.263Ω。
根据等效阻抗式(1)和式(5),采用Matlab软件平台仿真接入匹配电路后系统的阻抗特性曲线。主要分析串联电感、并联电容量值对不同载荷情况下系统阻抗、谐振频率的影响。
2.1 串联电感作用
空载时,当并联电容一定时,调整串联电感量值,得到图2所示系统阻抗特性曲线。从图2可以看出,当并联电容一定,改变串联电感值时,随着串联电感L的增大,系统的串联谐振频率fs随匹配串联电感L的增大而减小,并联谐振频率fp受到的影响很小,且最大阻抗Zmax和最小阻抗Zmin也明显减小,说明匹配后系统负载能力提高。但当串联电感L达到某个临界值后,系统串联谐振频率fs大于并联谐振频率fp,匹配电路不仅没有使系统匹配,反而使系统匹配性变差,必须避免这种情况发生。
从图2可知,系统在接入匹配元件之前,换能器在分别在18.4 k Hz和18.8 k Hz处发生共振,在18.4k Hz处发生串联谐振,在18.8 k Hz处发生并联谐振,谐振频率与图2实测的串并联谐振频率基本吻合。
2.2 并联电容
当串联电感L一定,调整并联电容C取值时,得到图3所示系统阻抗特性曲线。当串联电感L一定,改变并联电容C时,随着并联电容C的增大,系统的串联谐振频率fs随匹配并联电容C的增大而减小,并联谐振频率fp受到的影响很小,且最大阻抗Zmax和最小阻抗Zmin也明显减小,说明匹配后系统负载能力提高。但当并联电容C达到某个临界值后,系统串联谐振频率fs大于并联谐振频率fp,匹配电路不仅没有使系统匹配,反而使系统匹配性变差,必须避免这种情况发生。从图2和图3可以看出,串联电感与并联电容值之间存在一个最佳匹配参数。
当负载阻抗为300Ω时,系统串联1.54 m H匹配电感,并联10 n F匹配电容后其幅相特性曲线如图4所示。图中红色实线表示系统阻抗幅值|Z|随频率变化曲线,蓝色虚线表示相位φ随频率变化曲线。从图4中可以看出,频率为18.45 k Hz时相位最小,约为-1.9°,其对应阻抗并不是最小阻抗,串联谐振频率fs处阻抗最小,因此根据最佳功率传输原则选择串联谐振频率fs作为超声珩磨谐振系统的最佳工作谐振点。将图4和图2、图3进行比较,可以看出接入匹配元件后,系统阻抗明显降低。
3 试验结果与分析
在Matlab仿真分析的基础上,对该超声珩磨谐振系统进行试验研究。试验检测平台为PV70A阻抗分析仪,试验用匹配电路的串联电感采用可调电感,并联电容采用固定电容(C=10 n F)。经多次调试,当接入串联匹配电感L取0.98 m H时,该功率超声谐振系统的阻抗匹配性能较佳,其导纳圆如图5中黑实线所示。
图5中红色虚线为系统匹配前的导纳圆图,对系统匹配前后导纳圆图对比分析,可以看出:匹配后系统谐振带部分导纳幅值明显大于匹配前导纳幅值,说明匹配后在系统谐振带内阻抗明显降低;匹配后系统的导纳圆在电纳为零时有两谐振点,较小频率点(约为18.41 k Hz),是系统反谐振点,较大点频率为18.44 k Hz,与匹配前系统的串联谐振点fs基本接近,且两点很接近,说明系统在该点无功分量近乎零,系统工作在该点效率最高。接入匹配电路后的超声珩磨谐振系统基本避免了因匹配差引起的加工不稳定甚至无法加工的现象。
4 结论
针对功率超声珩磨谐振系统存在阻抗匹配性差的问题,提出了在超声珩磨谐振系统中接入由串联电感和并联电容构成的匹配电路。在匹配范围内,随着串联电感L、并联电容C的增大,系统串联谐振频率fs、最大阻抗Zmax、最小阻抗Zmin明显减小,接入匹配元件后系统的负载能力明显提高。仿真结果与试验结果基本吻合,匹配元件参数的合适选择使超声珩磨谐振系统的承载能力明显提高。
摘要：针对功率超声珩磨谐振系统阻抗匹配性差的问题,提出了在超声珩磨谐振系统中接入由串联电感和并联电容构成的匹配电路。采用Matlab仿真平台得到了不同参数匹配系统阻抗特性曲线,分析了串联电感、并联电容对系统阻抗、谐振频率的影响规律。在此基础上,采用PV70A阻抗分析仪进行了试验研究。结果表明:仿真结果与试验结果基本吻合,匹配元件参数的合适选择使超声珩磨谐振系统获得了最大效率、最小输出阻抗,接入匹配电路后的超声珩磨谐振系统基本避免了因匹配差引起的加工不稳定甚至无法加工的现象。
关键词：超声珩磨谐振系统,匹配电路,阻抗,谐振频率
参考文献
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超声新技术 篇8
关键词：超声波技术；变电站；设备巡视；局部放电；在线检测技术 文献标识码：A
中图分类号：TM595 文章编号：1009-2374（2016）17-0122-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.17.059
变电站运维人员每月最主要的工作就是定期设备巡视，检查设备的运行状况，及时进行故障判别，保障设备安全、稳定运行，通常采用目测、手摸、耳听的方法来进行设备运行情况判别，而目测是最直接最便捷的方法，但目测的方法有着很大的局限性，很难准确发现运行设备存在的发展性缺陷，尤其是那些在运行中极易发热的设备缺陷，只有当设备发热到一定程度时（此时运行设备已有不同程度的损坏）才能够发现，使得设备缺陷未能在萌芽状态被发现而延误了处理；还有就是随着系统容量的增大、电网负荷的增加和设备的逐步老化，致使运行设备异常发热的缺陷不断增多，如用示温腊片进行设备的发热缺陷检测，有时却无法发现业已存在的故障，会误判为设备出线接头发热导致的，而延误了那些开关本体内故障的及时处理。因此，利用超声波检测技术进行设备巡视，既能解决目测方法的局限性，又能大大提高运维人员判别设备缺陷的能力，特别是对迎峰度夏和重大节假日期间设备的安全、稳定运行起到举足轻重的作用。下面就结合目前运维站利用超声波带电检测技术在提高运维人员设备巡视效果的应用上做一些介绍。
1 超声波检测的原理
超声波检测法的原理是电力设备内部产生局部放电信号的时候，会产生冲击的振动及声音，通过在设备腔体外壁上安装超声波传感器来测量局部放电信号，从而判断内部是否存在局部放电信号。由于声波的传播不受金属屏蔽的影响，所以检测到的数值比较大。
局部放电暂态地电压检测法的原理是当高压电气设备发生局部放电时，放电电量先聚集在与放电点相邻的接地金属部分，形成电流脉冲并向各个方向传播。当内部放电时，放电电量聚集在接地屏蔽的内表面，因此外部检测在屏蔽层处连续状态时是无法检测到放电信号的。往往屏蔽层在绝缘部位、垫圈连接处、电缆绝缘终端等部位出现破损的情况下才会出现不连续的状态，此时高频信号便会传输到设备外层，放电产生的电磁波将会通过设备金属箱体的接缝或气体绝缘开关衬垫传播出去，而产生暂态对地电压，再通过设备的金属箱体外表面传到地下去。利用检测传到设备外壳上的脉冲信号来判断设备内部是否存在局部放电，但由于开关柜整体屏蔽效果比较好，所以检测到的信号比较微弱。
2 检测分析方法
2.1 带电检测
2013年4月12日，阿勒泰供电公司运维人员在对110kV盐碱变电站10kV开关柜进行带电检测例行试验时，发现用Ultraprobe 9000超声波局放检测仪检测出10kV选矿二线1017断路器开关柜后上柜存在异常超声波信号，测试结果如表1所示：
从以上测试数据可以看出，1017断路器后上柜存在较大幅值的异常超声波信号，其他开关柜的超声检测信号均在合格范围内。随即用Ultra TEV plus+进行检测，检测数据如表2所示。
从表2中可以看出，1017开关柜后上柜与金属的相对差值为6dB，不是很大，在合格范围内。
局部放电暂态地电压检测法是一种最新型的开关局部放电检测方法，实际工作中该方法灵敏度高、操作方便，从而在开关柜的绝缘状态检测中得到广泛应用。当开关柜内部元件对地绝缘出现局部放电时，将会有少许放电能量以电磁波的形式转移到柜体的金属铠装上，此时便会产生持续大约几十纳秒的暂态脉冲电压，在柜体表面通过传输线进行传播，当容性传感器探头检测到柜体表面的暂态脉冲电压时，便可发现和判定开关柜内部的局部放电缺陷。
超声波检测法是通过超声波传感器来检测设备放电时产生的超声波信号，超声波频带在20kHz以上时，就会不受外部噪声的干扰。实际上，用超声波检测时，探头是置于设备外部的，此时放电信号在绝缘介质的作用下衰减严重，也失去了应有的灵敏度，如进行定量分析将会存在较大的困难，但应用于局部放电初测及比较严重的空气中的放电效果较为明显。而超声波检测方法的优势在于能检测到地电压甚至超高频等手段无法发现的缺陷，特别是对某一发展阶段反应为振动信号的缺陷。
加之上述超声波检测又是在开关柜中上部母排的位置，通过局部放电暂态地电压检测法原理和超声波检测法原理，判断可能存在母排螺丝松动而引起的局部放电缺陷。
2.2 复测
2013年5月13日，我们又对110kV盐碱变电站1017断路器开关柜进行了复测，复测结果见表3和表4。
从表中可以看出，超声波异常信号仍然存在，从而更加确定存在局部放电现象。
2.3 隐患排查
2.3.1 根据两次检测结果判断1017开关柜内部可能存在局部放电现象，立即将1017开关柜列入月度检修计划进行停电消缺。在公司统一部署、安排下，于2013年8月14日对110kV盐碱变电站10kV母线停电，将1017开关柜后柜门打开进行仔细检查，发现B相母排有轻微的晃动，并且B相母排与支持绝缘子连接处存在明显放电痕迹（如图1）。
因此初步判定放电原因为固定铝排螺丝松动引起的悬浮放电（如图2）。
随后，检修人员对B相母排氧化的部分进行打磨处理，对氧化的螺丝进行更换并紧固（如图3），重新恢复送电。
2.3.2 处理后恢复送电，对1017开关柜进行了重新测试，测试结果如表5和表6。
从以上数据可以看出，在经过处理后，超声波异常信号消失，TEV检测信号也较之前降低了很多，说明之前通过超声波检测的分析和判断是准确的。即B相母线排固定螺丝松动，造成螺丝对母排悬浮放电。
3 注意事项
第一，事实上，10kV开关柜内部不同的缺陷会形成不同的局部放电现象，对于内部放电和表面放电而言，目前主要采用的非介入方式。带电检测的方法主要有超声波检测和暂态地电压（TEV）两种检测方式，在一些设备发生放电的情况下，我们可以同时侦测到超声波信号和TEV信号，但针对另一些放电情况，因内部放电振动幅值非常小，通常只能检测到两种信号中的一种，因此实际操作中，应该以超声波、暂态地电压检测方式相互补充，才能够有效地检测到全部的局部放电现象。
第二，测试过程中需要注意排除噪声干扰，手机等电子设备要远离仪器和被检测设备。检测之前，应加强背景检测，背景测量位置应尽量选择被测设备附近金属构架。检测过程中，一定要避免敲打被测设备，以防止外界振动信号对检测结果造成影响。
第三，超声波测试容易受到现场周围环境的影响，特别是当设备本身产生不同程度的机械振动时，超声检测便会产生非常大的误差，加之超声传感器的检测有效范围较小、灵敏度低，不大适用于大型的电气设备。
第四，近年来超声波检测法的灵敏度有较大的提高，但其在电气设备内部的传播效应性较为复杂，特别容易在一些情况下出现超声定位失败现象，目前无法利用超声波信号对局部放电进行模式识别和定量判断，主要作为一种辅助测量方法加以应用。
4 结语
超声波法非常适用于局部放电故障诊断，它能使局部放电检测技术向多元化方向发展。超声测试与局部放电相结合的测量方法能准确判断并找出设备内部的局部放电故障点，具有操作方便、故障定位精准、读取数据直观等优点。实践证明，采用多种相互补充的测试方法，能迅速、有效地检测到设备局部放电缺陷，该有效实用的检测技术对提高电网供电可靠率具有重要意义。
参考文献
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作者简介：陈江海（1971-），男，山东昌邑人，国网新疆电力公司阿勒泰供电公司助理工程师，研究方向：变电运行。
食品业超声技术研究论文 篇9
1.1超声提取
超声辅助提取技术是近些年来发展起来的一种新型分离技术。与常规的提取技术相比，超声波辅助提取技术具有快速、经济、安全、高效等特点。在空化场的作用下，瞬间压力的增大和减小产生胞壁内外的压力差，致使目标提取物从撕裂处释放，从而达到提取的目的。另外，超声波的热作用和机械作用也能促进超声波强化提取［3］。目前在超声提取技术的使用中，较多采用的是单频率进行超声提取，但是单频超声波较易产生驻波，使得空化时间减少，无法最大程度发挥超声波辅助功效。近年来，有学者研究了一种能达到两种频率超声波叠加效果的自聚焦型超声换能器，通过理论分析和实验结果表明，该换能器可以实现双波叠加并发生声散射效应。复频换能器产生的两列声波可以发生声散射，使声场频谱变宽，为更大范围的空化核提供产生空化效应的机会。目前对组合超声强化浸取作用机理还没有一个统一的说法，有待于研究。相对于应用较多的间歇超声提取，连续提取在工业上更具有应用前景。曹雁平等［4］设计的L型螺旋式连续逆流浸取器，能将连续逆流浸取的优点和超声波浸取的优点有机地结合，进一步提高浸取效率。M.Corrales等人［5］对从葡萄中提取花青素进行了研究，比较了超声波提取、静水压法和脉冲电场法对从葡萄中提取花青素的能力，利用70℃下频率为35kHz的超声波辅助提取1h，酚含量达到50%，是600MPa静水压力法的4倍，3kV/cm2脉冲电场法的3倍，个别花色苷的提取效果更好。E.Sanz等人［6］利用超声场从大米中提取砷，提取率达到95%，提取时间只需几分钟，比传统提取方法减少数小时。V.Matthieu等人［7］利用超声法提取苹果渣中的多酚物质，以15%的乙醇溶液萃取，固液比50%，结果表明，超声助提取使提取率提高20%。S.Venk等人［8］利用超声技术从甜菜中提取色素，在温度45℃，超声功率80W下，用1∶1的乙醇－水提取，使提取率提高8%。曹雁平［9］、程伟［10］、莫英杰［11］、刘玉德［12］、张斌［13］、梁华［14］、王静［15］、马空军［16］等人对利用超声技术从植物中提取茶多酚、黄芩苷、大蒜素、姜黄素等有效物质及超声技术应用于食品工业中的提取过程进行了深入研究，结果表明，超声辅助提取技术可以加快提取速度，提高提取效率。但在超声辅助提取过程中，对植物的有效成分是否被破坏，以及破坏程度，还没有系统地研究，这还需要超声技术研究工作者的进一步实验研究。
1.2超声破壁与促进渗透
超声波处理过程中，空化效应释放巨大能量，使细胞破裂以达到破壁的目的。S.Aparna和M.N.Gupta［17］研究了从杏仁中提取杏仁油的工艺，其首先利用功率为70W的超声波，在pH4、温度40℃的环境下处理2min，使杏仁细胞壁破裂，帮助提取溶剂更有效地与目标提取物接触，使提取时间缩短为6h，提取率提高77%，效果明显。
1.3超声均质与乳化
利用超声波在液体中的空化作用来达到均质效果。M.L.Melissa等人［18］利用20kHz超声处理浓度为28%玉米浆3h，处理能力为10～28L/min，均质效果比传统方法提高2～3倍;通过扫描电子显微镜观察发现，超声处理大大降低了玉米浆的粒度，使粒度从1200μm降至平均361.8μm，从而达到均质的目的。S.Kentish等人［19］将超声乳化技术应用于饮料业，用频率为20～24kHz的超声波，使亚麻籽油和水的混合物分子形成粒度135nm大小的乳液，液滴大小和超声功率成正比，从而提高乳化效率。
1.4食品保鲜
利用超声波空化效应在液体中产生的瞬间高温及瞬间高压使液体中某些细菌致死，病毒失活，延长蔬菜等食品的保鲜期。超声灭菌是一种有效的非热处理的灭菌方法，对比研究超声灭菌和传统灭菌法对奶制品的作用效果，超声灭菌效果较好［20］。ShifengCao等人［21］，利用超声波处理采后草莓，其研究了功率250～450W，频率40kHz，处理时间5～15min条件下超声波对采后草莓的灭菌效果，结果表明，功率为250W的超声，处理时间9.8min，使5℃下保存8d的草莓腐烂率最低。M.Valero等人［22］利用超声对桔汁的加工过程进行处理，用频率500kHz、功率240W的超声处理15min，防止了桔汁中食源性致病菌的生长，降低了产品中细菌、酵母和霉菌的浓度，并没有影响桔汁的品质和颜色。
1.5超声强化酶促反应
超声波在生物学上的应用已由强超声波的细胞破碎提取胞内物质，发展到利用微超声波增强细胞内酶的产生和提高非水相酶催化的均质效应，可见适当控制超声波的频率和强度，不但对生物活性物质没有影响，反而可能改善或增强它们的作用。BaoYang等人［23］利用功率为120W，温度57℃的超声应用于龙眼多糖提取的过程中处理龙眼12min，增强了龙眼果皮中多聚糖酪氨酸酶的抑制力，效果十分明显，证明超声场能有效地促进酶促反应。
1.6超声切割
超声波在食品工业中，还被应用于食品的切割辅助技术，超声波的机械效应和热效应，作用于食品切割器的接触面，可以改变切削力对部分食品的损失。SusannZahn等人［24］研究了超声波频率与垂直切割速度对食品切割品质的影响，控制一个特定的切割速度，增加超声频率可以增大工作量，但达到最大切割速度时，20～40kHz的超声波对其没有明显影响。S.Yvonne等人［25］研究超声频率对切割力的影响，提出超声的功率消耗取决于振幅和频率，增加振幅加大了处理量，但有更大的电力需求，提高超声频率，可以有效地提高切割速度，增大处理量，减少能源消耗。
1.7超声解冻
超声波的高频率振动，可使冻物组织中的微环境发生变化，能量被吸收，更易于化冻过程。C.A.Miles等人［26］将超声波技术应用于解冻肉类和海鲜，发现频率在0.22～3.3MHz和功率为3W/cm2的超声波辅助解冻，可使表面加热温度减少到最低，牛肉、猪肉和鳕鱼解冻样品，超声解冻速度在大约2.5～7.6cm/h。
1.8超声雾化喷涂
目前，超声波被应用于一种新的封装技术，即超声辅助雾化封装系统，利用超声波的高频机械运动，将包装物质雾化喷涂于待包装物表面。K.Wanwimol和Yao－WenHuang［27］利用频率40kHz，功率130W的超声波，将壳聚糖与水按1∶10的比例，并混合入240mg/g的封装粉，先进行乳化然后雾化对金枪鱼油表面包裹，水含量和水活性低，封装外观可接受，可以提高金枪鱼油和其他油类在工业应用中的稳定性。
1.9有机物的聚合与降解
高强度的超声可引发两种似乎是很矛盾的效应:聚合物的降解和单体的聚合。超声波的空化作用，在液体内部形成局部和极短时间内的高温、高压，足以引发或加速反应从而引起分子的热离解、离子化、产生自由基等，导致一系列化学反应的发生。T.Malika等人［28］监测凝胶在超声场中的变化，利用频率为500kHz的超声波，温度控制20～90℃，发现胶体发生一定程度的聚合，并改变其流变学特征，胶体表面弹性减弱。Wen－HuiShi等人［29］利用超声技术处理牛血清蛋白，用强度为17.83W/cm2的超声处理30min，使溶液中蛋白质的α螺旋和β折叠分别变化18.1%和25.2%，使溶液在420nm处波长吸收明显增加，说明超声处理有助于牛血清蛋白的聚合。因超声加速了溶剂分子与聚合物分子间的摩擦，从而引起C－C键裂解;同时因超声的空化效应所产生的高温高压环境导致了链的断裂［30］。L.Francesca等人［31］利用超声技术处理小麦淀粉，在保持小麦含水量34%和温度25℃的条件下，用频率为10MHz的超声波挤压淀粉分子，可使直链淀粉降解。Y.Umut和J.N.Coupland［32］利用频率2.25MHz高频超声处理浓度为40%乳糖溶液，使直径小于50μm的乳糖晶体浓度减少并发生降解。
1.10超声评估食品品质
目前，探测超声技术广泛应用于食品品质的评估和食品生产过程的检测。S.Raffaella和J.N.Coupland［33］利用超声波技术测定巧克力中的固体脂肪含量，他们将糖果涂层的脂肪以及含可可脂的玉米油分散为一系列区域，在第26d以27.5～29℃回火融化，以超声波反射显示巧克力中固体脂肪融化在回火中的变化。J.Benedito等人［34］用超声波技术评估肉的品质，以超声波流速的变化测量肉中脂肪、水分和蛋白质的分布与含量，此方法快速并且不破坏肉的组成。L.R.Correia等人［35］利用超声波探测鸡胸肉中的骨头碎片，将频率为15MHz的超声波作用于鸡肉，对阻抗和振幅比进行了测定，可以检测到6～16mm2的骨头碎片投影。Feng－JuiKuo［36］、S.Raffaella［37］、A.Chyung［38］等人通过测定超声波传播速度与待测物粘度的线性关系，检测复原果汁、黄原胶蔗糖混合物以及牛奶凝胶系统的粘度。
2展望
超声新技术 篇10
1 复合材料拐角部位的检测难点
根据复合材料的成型工艺特点,其拐角部位缺陷类型主要有分层、孔隙和夹杂等,缺陷取向多沿层间分布,超声检测是最适宜的检测方法。由于形状和空间尺寸的影响,对于拐角部位进行超声检测存在一些难题:1)拐角部位曲率小,宽度窄,不利于超声探头的耦合;2)不能保证拐角各部位的入射声束都与该部位表面垂直,影响检测灵敏度;3)不能准确地对缺陷大小进行评定;4)对位于空腔内的拐角部位,人手无法触及,必须借助工装才能使探头到达进行检测,常出现信号不稳定或不好判断是否是缺陷的情况。典型复合材料拐角部位缺陷分布示意图见图1。图2是实际T型结构拐角部位的缺陷解剖图。
2 复合材料拐角检测方法
随着复合材料结构设计方对拐角要求的不断提高,对拐角的无损检测的要求也越来越高,不仅需要对开放的拐角进行检测,还要对空腔的拐角进行检测,同时要求无损检测提供拐角内缺陷的性质、大小和位置等信息。针对复合材料制件拐角部位的检测难点和检测要求,目前国内外通常使用的检测方案主要有常规超声检测、阵列探头超声检测和超声相控阵检测三种方法。
2.1 常规超声检测
(1)接触式脉冲反射法[2]
这种检测方法是通过加工特定形状的楔块或软膜通过液体耦合使探头与拐角接触[2](见图3),保证声束有效进入被检件,解决了探头与拐角的耦合问题,从拐角一侧实施反射法检测。其优点是单一探头检测,结构简单,检测成本低,操作容易,对人员素质要求不高,通过设计小尺寸探头和工装可以对开放的内外拐角实施检测。缺点是不同尺寸的拐角需设计不同规格的楔块,存在一定的检测盲区。
(2)喷水式脉冲反射法[3]
这种检测方法是通过设计加工特定形状的喷嘴楔块使探头与拐角接触[3](见图4),通过喷水保证声束从拐角一侧有效进入被检件实施反射法检测。其优点是可以实现对开放的内外拐角实施检测,对不同尺寸的拐角适应性较好,通过探头结构设计可以实现空腔结构内拐角的检测。缺点是喷水的楔块设计和制作较为复杂,存在一定的检测盲区。
(3)喷水式穿透法[3,5]
这种检测方法是通过设计加工两个特定的喷水探头[4](见图5),调整两个探头的位置,确保拐角一侧探头发出的声波通过喷出的水柱穿透被检件后被另一侧探头接收,通过监控接收信号的衰减程度来评价制件的好坏。其优点是没有检测盲区,可以实现对开放的内外拐角实施检测,对不同尺寸的拐角适应性较好。缺点是喷水探头设计和制作较为复杂,操作较复杂,对人员素质要求较高。
综合上述拐角的常规超声检测方法,主要借助简单工装在拐角部位实现超声波反射或穿透检测,多为手动检测,由于探头声束截面小,检测的范围窄,对拐角部位尤其是曲面较大的拐角进行检测时,需要调节探头角度,使入射声束与拐角不同曲率部位垂直进行多次扫查,或沿拐角圆弧面进行扫查[2](图6),检测效率低;探头与被检件不同曲率部位的垂直度需要靠人为调节,准确性低;由于探头晶片直径小,探头稍有晃动声波就不能有效的进入被检件中,耦合不稳定对缺陷的定位和定量不准确。
2.2 阵列探头超声检测
阵列探头超声检测是采用多个探头形成探头阵列,通过多通道超声仪器同时激发探头进行超声检测的方法。对于拐角检测,可根据拐角的尺寸特点,在拐角截面的不同部位布置多个超声探头,形成与拐角部位曲率相近的探头阵列,使各探头声束之间存在一定相互交叉覆盖,并保持拐角各部位的声束垂直入射,通过水浸或喷水耦合,运动整个探头阵列一次扫查即可完成整个拐角的检测,获得缺陷在拐角的分布信息(见图7)。该种方法的优点是能够实现自动化检测并可实现拐角缺陷的超声A,C成像扫描,检测结果稳定,效率高。但阵列探头的布置和机械系统较复杂,且每种规格的探头阵列只能适应相应规格的拐角检测,对开放的拐角容易实施检测,适用性有一定的局限,探头的通道多,对仪器和软件的要求较高,使得检测成本较高。
2.3 超声相控阵检测
近年来发展起来的超声相控阵检测技术是一种新型超声检测技术。其核心硬件由超声相控阵仪和相控阵探头组成。相控阵探头由多个晶片组成,每个晶片可以单独发射、接收超声波声束。通过软件控制超声相控阵仪激发探头各晶片发射、接收超声波,实现声束的聚焦和偏转[5]。使原来常规超声需要移动探头完成的扫查,在一定范围内可以通过各晶片声束的电子扫描完成,根据被检件的形状和检测要求,设计不同形状的探头和声束扫描计划,可以实现对复杂零件部位的检测[6,7,8,9]。对于拐角部位,同一个相控阵探头可以通过更换楔块实现对一定尺寸范围的拐角检测,包括内拐角和外拐角[10]。目前已有公司可以生产多种拐角相控阵探头和楔块(见图8)。
使用相控阵技术检测复合材料拐角,可通过设计适合典型拐角尺寸的超声相控阵探头,保证声束在拐角每个部位与平面检测一样直接入射,并与相控阵仪器组成检测系统以实现拐角缺陷的可视化检测(见图9)。拐角检测与平面检测最大的不同是对缺陷大小的
评定方法,由于拐角带有曲率,对其中缺陷的评定需要考虑拐角曲率半径,相控阵探头曲率半径,被检件厚度,缺陷所在深度和拐角检测方式(外拐角还是内拐角),图10给出了相控阵探头检测内、外拐角时,对内部缺陷大小的换算方法[11]。
采用相控阵检测技术对复合材料拐角部位进行检测的优点:1)针对被检件拐角部位设计的相控阵探头可以很好地实现探头与被检件的耦合问题;2)通过图像计算可准确测量缺陷大小;3)可以实现一次多角度扫查,对不同部位及取向的缺陷均有垂直入射的声束对其进行检测,保证检测的均匀性和可靠性;4)可以同时进行A扫描波形、B扫描图像、C扫描图像显示,实现拐角的可视化检测[11](见图11);5)一种探头能够适应一定尺寸范围的拐角检测。缺点是相控阵仪器和探头比较昂贵,对使用人员要求高,相控阵探头组件尺寸大,不利于对空腔结构内拐角实施检测。
3 几种拐角检测方法的比较
综合上述介绍的三种常用拐角超声检测方法,从适用范围、定量、复杂程度等方面对比见表1。对于定量精度、检测效率要求不高的开放拐角检测,比较容易实现的是接触式反射法;对于定量精度、检测效率要求不高的开放式或空腔式拐角,推荐使用喷水式反射法,同时兼顾考虑开放式拐角的检测;对于深度方向缺陷检测盲区要求高,定量精度、检测效率要求不高的开放拐角检测,可以使用喷水式穿透法检测;对于同规格大批量开放式拐角检测,采用阵列探头超声检测,通过高投入实现高效检测;兼顾考虑开放式和空腔式拐角的检测,同时对缺陷在拐角分布的信息要求准确的情况,可以通过高投入用几种规格相控阵探头,实现覆盖一定尺寸范围的拐角检测。
4 结束语
研究复合材料拐角部位的检测技术,对保障复合材料制件的质量,保证飞机安全具有重要意义。拐角部位由于其特殊的结构特性,采用常规手工超声检测方法存在灵敏度不稳定、人为因素影响大、检测效率低等问题,超声探头阵列检测拐角部位存在探头组件复杂、尺寸大,探头调整困难,不适合对空腔结构拐角的检测等缺点。采用相控阵检测技术对复合材料制件拐角结构进行检测,具有灵敏度稳定,适用性强,成像直观,人为因素影响小,检测效率高等优点,具有很好的应用前景。
参考文献
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