超声波技术 篇1
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.
超声波技术 篇2
关键词：超声波探头,专利
1 引言
在超声检测技术中应用的压电换能器是多种多样的, 但最广泛应用的是厚度振动型的压电换能器 (俗称探头) , 它受激励而产生的超声波是纵波, 然后可以利用超声波的折射特性, 通过适当的方法实现波型转换, 把纵波转换成其他所需要的波型用于检测。探头的性能是超声检测技术中的一个决定性要素, 对检测结果有重要的影响。
2 超声波探头主要技术发展
2.1 普通直探头
普通直探头俗称平探头或平直探头, 其基本结构主要包括:压电晶片、保护膜以及吸收块[1]的功能是发射与接收超声波;保护膜的功能是避免晶片与工件直接接触而磨损晶片, 同时也保护晶片不被碰伤, 还作为中间介质以改善透声性能;吸收块主要有以下三个方面的功能: (1) 作为支承晶片的背衬材料, (2) 吸收晶片向背面发射的声波和抑制杂波, (3) 吸收 (阻尼) 晶片的振动能量, 缩短晶片的振铃时间, 使晶片被发射脉冲激励后能很快停止下来, 起到降低机械Q值 (Qm) 的作用, 以保证波形不失真和分辨率的要求。
2.1 普通斜探头
普通斜探头压电晶片的功能与直探头相同, 用以发射和接收超声波;吸收块的功能除与直探头情况相同外, 还增加一项吸收斜楔中楔内回波的功能, 以防止楔内回波对晶片的干扰。
2.3 组合双晶探头
组合双晶探头在探测时工作于一发一收模式, 即由两块晶片分别发射和接收超声波, 使超声波的声路有所调整, 也可以明显提高检测信噪比。
申请号95239707.2的实用新型专利申请[2], 其公开了一种超声波自动探伤冲水探头, 是ZSF-H型超声波全自动钢轨探伤机的配套双晶探头, 包括有外壳, 三角形切块和晶片, 三角形切块斜面上的双晶片与法线的两夹角-入射角为29~31°, 外壳盖上设有可与探伤机相接的注水管, 外壳底面有与注水管相通的出水槽, 外壳底面两端设有耐磨磨块, 外壳两端面上有凸耳可与探伤机的夹持器连接。
日本专利 (公开号JP2003-302388A) 公开了一种双晶超声波探头[3], 该探头包括发送和接收信号振子, 声波延迟材料, 声波隔离板, 以及位于声波延迟材料外侧的吸声材料。该结构有效的减少了端面回波, 可以对材料进行更加准确的超声检测。
2.4 聚焦探头
超声聚焦探头能把发出的超声波束会聚成一细束, 在焦点处声能高度集中, 从而可以大大提高检测灵敏度和分辨率, 此外还能降低干扰信号, 提高信噪比。
使超声波聚焦的方法主要有两种:
A、直接将晶片制成凹面形, 发射的超声波直接聚焦, 此时晶片的振动已不完全是如同平面晶片那样的厚度振动, 而有弯曲振动等复杂形式出现。
B、在换能器平面压电元件前面加聚焦声透镜, 利用几何声学与折射原理, 使经过声透镜后的超声波束会聚达到聚焦目的。
申请号200520078774.2的实用新型专利申请[4], 公开了一种空气超声探头, 可用于非接触式无损检测。包括同轴电缆, 金属外壳, 吸收块, 压电晶片和绝缘套, 还包括匹配层, 声聚焦透镜, 环形压片, 匹配层上端面中间与压电晶片紧贴, 声聚焦透镜紧贴匹配层, 用金属环形压片将声聚焦透镜和匹配层压紧在压电晶片的表面, 再用若干枚螺丝将金属环形压片、匹配层和声聚焦透镜与金属外壳连接在一起。由于采用了硅橡胶声聚焦透镜和镁合金匹配层, 透射率提高近40倍, 可进行空气超声检测。
日本专利 (公开号JP2008000581 A) 公开了一种超声波探头[5], 该超声波探头具有沿扫描方向排列了多个超声波振子的超声波振子部、声透镜和低衰减介质, 并进一步具有在内部容纳超声波振子部、声透镜和低衰减介质。在探头壳体内, 低衰减介质配置在超声波探头的前端部侧 (与被检体的接触面侧) , 低衰减介质、声透镜和超声波振子部以该顺序来进行配置。由此, 通过声透镜来聚束从超声波振子部发送的超声波, 并经由低衰减介质发送到探头壳体的外部。来自被检体的反射波经由低衰减介质和声透镜由超声波振子部来加以接收。
3 结语
无损检测与评价技术在我国日常产品质量检验和大量在用工业和民用设备的检验中发挥了十分重要的作用, 超声波无损检测作为无损检测中一种重要的检测方法, 也越来越受到各行各业的重视。超声波探头的性能直接决定了超声波检测结果的优良程度, 几十年来, 超声波探头技术已经得到了相当大的发展, 并逐渐趋于成熟。但是仍然有一些问题需要解决, 如探头的探测范围, 检测的灵敏度等, 希望在未来的发展中, 超声波探头领域能够得到更好的发展, 以满足人们日益严格的检测需求。
参考文献
[1]赵金玲, 单晶片水柱水膜直探头, 中国, 99223302.X, 2000-03-22
[2]武进县鸣凰电子器材厂, 超声波自动探伤冲水探头, 中国, 95239707.2, 1996-06-26
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.
超声波检测技术 篇4
由于超声波具有激发容易、检测工艺简单、操作方便、价格便宜等优点，因此在道路状态检测中，特别是高等级水泥路面路基检测中的应用有着较广泛的前景。超声波是一种频率高于人耳能听到的频率（20Hz～20KHz）的声波。实践证明，频率愈高，检测分辨率愈高，则检测精度愈高。因此实践中利用超声波检测水泥路面状态时，其上限频率为100KHz、下限频率为20KHz。
超声波是一种波，因此它在传输过程中服从波的传输规律。例如：超声波在材料中保持直线行进；在两种不同材料的界面处发生反射；传播速度服从波的传输定理：ν＝λf（ν为波速，λ为波长，f为波的频率）。资料证明，波速对于水泥路面路基检测十分有用，因此一般也称超声波检测法为波速法。
波速法是超声波检测水泥路面路基状态的最基本的方法。研究证明，波在介质材料中行进的速度愈大，则介质材料的坚硬性愈大；反之，则介质材料愈松软。而介质材料的坚硬性实质上也反映了该种材料强度的高低，因此材料强度愈高，波速应愈大；材料强度愈低，则波速应愈小。这样，知道了波速，亦即知道了材料强度。在土工试块及某些岩体中利用波速法进行无损检测有比较成熟的经验，用得也比较广泛。但水泥路面路基情况比较特殊，作为无损检测的超声波探头无法生根或埋置，从而造成检测工作的难度。因此，应该采用波速法与回弹法相组合的综合法。超声波检测原理
超声波技术 篇5
2016年12月4日农业部科技发展中心组织专家组对广州市金稻农业科技有限公司承担完成的“促进农作物增产的超声波关键技术与处理设备”成果进行了科学评价。专家一致认为, 该成果主要技术指标达到国际先进水平。通过超声波对种子进行连续性或间歇性辐照, 在不引起种子基因突变的前提下, 缩短发芽周期, 提高种子发芽势和发芽率, 降低种子腐烂率, 增加根系活力和有效穗数, 增产效果显著。可在水稻、玉米等大宗农作物生产上推广应用。
超声波技术 篇6
本工作以阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)为模板剂,氧化铝为铝源,磷酸为磷源,采用超声波诱导技术合成出介孔磷酸铝(Al PO),考察了制备条件对其结构及性质的影响,并与传统水热搅拌法进行对比,旨在为多孔沸石材料的合成提供更为有效的方法。
1 实验部分①
1.1 合成方法
样品A的合成
样品A是在常温(25℃)、磁力搅拌条件下进行晶化制备所得。其合成步骤如下:(1)采用30.0 g去离子水与5.2 g氧化铝混匀,慢慢滴加5.6 g磷酸(H3PO4),并不断进行搅拌,溶液逐渐变成胶体状态;(2)向其中加入适量CTAC溶液(用28.1 g去离子水溶解1.8 g CTAC,下同),采用四甲基氢氧化铵溶液将上述溶液p H值调至8.5,形成凝胶状;(3)将制备好的凝胶于25℃下保持磁力搅拌40 h;(4)固体产品经过多次洗涤,先于120℃下干燥6 h,然后在空气气氛下于550℃焙烧8 h,完全除去模板剂后制得样品A。
样品B的合成
样品B的溶胶制备过程采用超声波诱导技术,溶胶晶化过程同样品A,即在25℃下,利用传统的磁力搅拌方法。其合成步骤如下:(1)采用30.0 g去离子水与5.2 g氧化铝混匀,超声波振荡1.0 h,慢慢滴加5.6 g H3PO4,并不断进行搅拌,溶液逐渐变成胶体状态;(2)超声波震荡1.0 h,加入适量CTAC溶液,再超声波震荡1.0 h,采用四甲基氢氧化铵溶液将上述溶液p H值调至8.5,形成凝胶状;步骤(3)和步骤(4)同样品A。最终制得样品B。
样品C的合成
样品C的溶胶制备过程和晶化过程均采用超声波诱导技术。其合成步骤如下:步骤(1)、步骤(2)、步骤(4)同样品B,步骤(3)则是将制备好的凝胶于25℃下超声波震荡4 h,完成超声晶化。最终制得样品C。
1.2 分析表征
采用日本理学电机株式会社制造的D/MAX-2500型X射线衍射仪(XRD)表征样品的晶相,测试条件如下:Cu K辐射源,Ni滤波,管电压40 k V,电流200 m A,步长0.02°。采用美国麦克仪器公司制造的Tristar-3000型全自动比表面积和孔隙度分析仪对样品进行N2吸附-脱附表征,表征前样品需预处理,在473 K、真空状态下保持2 h以上,利用BET法测定样品的比表面积,BJH法测定样品的孔容和孔径分布。采用德国耐驰公司制造的STA 409 PC型同步热分析仪对样品进行热重和差热分析。
2 结果与讨论
2.1 超声波诱导技术对合成Al PO结构性质的影响
样品A~C的XRD谱图、N2吸附-脱附等温线、脱附孔径分布曲线分别示于图1~图3,结构参数列于表1。
由图1可见:采用超声波诱导技术合成的样品B和样品C与传统水热搅拌法合成的样品A在小角区有同样的衍射峰;2个衍射峰分别归属100,110晶面,且峰强度基本相同。这说明采用超声波诱导技术同样可合成出Al PO。
由图2可见,样品A~C的N2吸附-脱附等温线都介于Ⅰ型和Ⅳ型之间[6],但带有明显的滞后环,这说明样品的孔径相对较小。经计算,样品A~C的脱附孔径皆为1.8 nm。介孔材料孔径并非严格限定在2.0~50.0 nm,通过工艺条件的调变或经过杂原子改性修饰,其孔径都会发生一定程度的变化,在1.5~2.0 nm亦认为是介孔区间的扩展[7]。
由表1可见:样品C的比表面积和孔容最大;样品B的比表面积大于样品A,二者孔容则接近,这说明采用超声波诱导技术有利于Al PO比表面积和孔容的提高。由图3可见,样品A~C的孔径分布都比较窄,表明具有比较均一的孔径结构。样品A~C的孔壁厚度由大至小依次为:样品C,样品B,样品A(见表1),这说明在制备的不同阶段引入超声波技术都会加速无机物种铝源及磷源的聚合速率,并同时加深缩聚程度,尤其是在溶胶制备及晶化过程中全程引入超声波技术,更有利于合成较厚孔壁的Al PO,而材料的孔壁越厚,其热稳定性亦越好。
2.2 超声波技术对合成Al PO热稳定性的影响
样品A~C在N2气氛下的热重(TG)与微商热重(DTG)谱图分别示于图4、图5。可见:样品A~C具有相近的热重曲线趋势,均大致可分为4个失重阶段;在50~170℃的失重峰[失重率(质量分数,下同)约10%]归属于样品中的自由水;在170~380℃的2个失重峰(失重率约46%)可归属于样品中的CTAC和四甲基氢氧化铵;在380~500℃的失重峰(失重率8%~10%)主要是由样品中脱除残留的有机物和表面羟基缩聚引起;在500~800℃的痕量失重,则主要是由样品中的骨架坍塌造成;在500~800℃,样品A~C的失重率依次为2.0%,1.3%,1.1%,这说明采用超声波诱导技术有利于改善合成Al PO的热稳定性。
3 结论
a.以CTAC为模板剂,氧化铝为铝源,磷酸为磷源,采用超声波诱导技术合成出Al PO,考察了制备条件对其结构及性质的影响。结果表明:在溶胶制备或溶胶制备与晶化过程中,分别引入超声波,均可合成出Al PO;与传统水热搅拌合成法相比,引入超声波可使晶化时间由40 h缩减至4 h。
b.与传统水热搅拌法相比,超声波诱导技术有利于提高Al PO的比表面积和孔容,改善其热稳定性,孔道结构有序,骨架聚合程度更优。
参考文献
[1]Natalya E,Gordina,Valery Y,et al.Effect of ultrasoundon the synthesis of low-moduluszeolitesfrom a metakaolin[J].Ultrasonics Sonochemistry,2016,33(6):210-219.
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超声波技术 篇7
关键词:水处理;活性炭;超声波再生;技术
1 前言
水是人类赖以生存、从事各种社会和经济活动的命脉。随着工业化水平的迅速发展, 水资源匮乏、水污染严重已经成为世界性问题。水中污染物如重金属、有机物和细菌、病毒等都对人类健康危害极大。人类如果长期饮用或接触被污染的水, 会对健康造成严重的影响和威胁。因此, 通过水处理技术使人们饮用到健康、洁净的水已成为迫在眉睫的问题。活性炭广泛应用于除去工业和城市污水中的有机污染物, 是一种良好的水质净化材料。超声波处理技术是一种应用前景好、适应绿色化学化工未来发展方向理念的一项新技术。
2 活性炭吸附
20世纪70年代以后, 人们开始对饮用水深度处理的技术进行研究, 目前已经有很多技术在实际生产中得到应用, 并取得了较好的效果。饮用水深度处理技术的目标是去除水中溶解性有机物和消毒副产物, 有效地提高和保证饮用水的质量。各种深度处理技术中, 活性炭吸附技术是最成熟有效的方法之一。在美国1/3的活性炭用于给水净化, 活性炭在我国给水处理工艺中的应用也较广。然而由于活性炭对有机物的去除主要是微孔吸附作用, 因此活性炭的孔径限制了其对于大分子有机物的去除效果。一般, 活性炭所能吸附的分子直径大约是孔道直径的1/2到1/10倍。活性炭吸附性能随使用时间的增长而降低, 这就需要定期的更换活性炭, 增加了使用成本。
3 活性炭在处理废水的应用
活性炭对水的预处理要求较高, 而且活性炭的价格高, 因此, 在废水处理过程中利用活性炭主要是去除废水中的微量污染物, 以实现深度净化的预期效果。
活性炭对处理含氰废水、含汞废水、含酚废水、染料废水、电镀废水等效果较为明显, 具有极强的物理吸附能力, 可有效地吸附废水中的Cr6+、总氰化物、酚、废水中的汞及去除染料废水的色度等。
4 活性炭的再生
活性炭再生方法主要有超声波再生法、电化学再生法、超临界流体再生法等等, 选用何种方法主要取决于活性炭的类型和被吸附物质的性质。同时, 再生炭的吸附性能要达到新炭的90%~105%, 每次再生得率要达到90%以上, 而强度基本不变或稍有降低, 再生时炭的机械磨损和破碎少。
5 水处理活性炭超声波再生技术
超声波是指频率在16k Hz以上的声波, 在溶液中以一种球面波的形式传递。运用超声波降解废水中的污染物主要运用的是超声空化作用, 即在“空化气泡”崩溃时爆裂点的温度和压力陡然上升, 会产生5000K左右的局部温度, 以及大约50MPa的高压力。在这种高温和高压情况下会把产生的能量传递给被吸附物质, 从而使其热运动加剧, 大到足以立即从吸附剂表面脱离, 随着爆破产生的振动进入溶液。根据水处理活性炭的超声波再生技术反应机理, 影响超声波再生活性炭的因素主要有p H值、超声波声强、超声处理时间、超声波处理温度等。
但并不是所有被活性炭吸附的物质都适合采用超声再生, 超声再生对不同被吸附的物质解吸率不同, 对吸附了多种物质的活性炭进行超声再生会造成某些种类的物质在活性炭内的积累。因此, 超声再生技术更适用于解吸率高的单一被吸附物质。其次, 超声波再生活性炭不会像其他化学再生或热再生方法改变被吸附物质的结构与形态, 因而用于活性炭浓缩、富集、回收有用物质的再生是十分有利的。
6 小结
超声波再生活性炭技术是近年来发展较快的一种新型的水处理技术, 这种工艺集热解、高级氧化和超临界氧化为一体, 具有耗能低、操作简单、易管理、炭损小、降解速度快和可回收有用物质等优点, 采用超声波再生活性炭技术具有很好的再生效果, 而且基本没有二次污染, 这对节能减排、绿色化工等方面的研究有一定的参考价值。
摘要：本文分别从活性炭在处理废水中的应用、活性炭的再生及超声波再生活性炭等几个方面进行了论述。重点介绍了水处理活性炭的超声波再生技术反应机理、超声波再生活性炭的特点及影响因素。
关键词：水处理,活性炭,超声波再生,技术
参考文献
[1]Oualid Hamdaoui, Rabiaa Djeribi, Emmanuel Naffrechoux.Desorp-tion ofMetal Ions from Activated Carbon in the Presence of Ultrasound.American Chemical Society[J].2005.5.19
[2]王三反.超声波再生活性炭的初步研究[J].中国给水排水, 1998 (2) :24-26
超声波技术 篇8
近日，由湖州市超声医学工程学会、湖州师范学院附属第一医院联合举办的国家级继续医学教育项目——“全国胃肠超声技术临床应用新进展”学术研讨会暨2011年度湖州市超声学术年会在湖州市织里东盛国际大酒店举办。来自全国十三省市的130多位超声医师代表出席会议，其中全国代表近80余位，有30余位是各省市三级甲等医院超声科负责人。在开幕式上，湖州市政协副主席、市卫生局魏明副局长、中国超声医学工程学会副会长李建国教授、浙江省医学会超声分会会长刘学明教授、湖州市科协学会部谢卫部长、湖州市第一医院朱鸣院长、湖州市超声医学工程学会温晓红会长等领导专家出席并讲话。在2天的会议上包括中国超声医学工程学会副会长、北京大学人民醫院李建国教授、浙江省医学会超声分会会长、浙江大学医学院附属第二医院刘学明教授、四川省医学会超声分会副会长、四川省人民医院岳林先教授、四川大学附属华西医院庄华博士、湖州市第一人民医院陆文明主任等8位专家教授先后就超声检查在胃肠道疾病、腹膜后肿瘤、甲状腺疾病及产前诊断与治疗作专题报告和学术研讨，学术研讨内容全面、新颖且实用，使与会代表们获益匪浅，受到广大与会代表的一致好评。
本次学术研讨会邀请讲学专家知名度之高、学术研讨内容之广泛和实用、参会全国代表之多，在湖州市医学界举办的同类学术上是罕见的。本次学术研讨会不仅大大提高了会议档次，提升了湖州市超声医学技术水平在国内的声誉和知名度，为湖州市各级基层医院的代表和全国省级医院的代表提供了很好的学术交流平台。同时也向全国各地与会代表宣传、介绍了湖州，为我市走向全国提供的平台。 （湖州市科协）
（浙江科协）
超声波技术 篇9
介绍了超声波技术的基本原理,概述了超声波和各种超声联用(超声波与紫外光、过氧化氢、臭氧、Fenton试剂等联用)技术降解氯代有机物的效果和影响因素,总结了氯代有机物降解机理与动力学的研究进展,并在此基础上提出了今后超声波及其联用技术降解水中氯代有机物的.研究方向.
作 者：曹世晖 戴友芝 Cao Shihui Dai Youzhi 作者单位：曹世晖,Cao Shihui(湘潭大学,环境工程系,湖南,湘潭,411105;湖南城建职业技术学院,湖南,湘潭,411104)
戴友芝,Dai Youzhi(湘潭大学,环境工程系,湖南,湘潭,411105)
超声波技术 篇10
Tang H Q等[2]提出了一种利用DSP实现超声波风速测量的方案,其中采用数字前后向滤波、窄带滤波等信号处理手段判断声波接收脉冲到达时刻的方法有一定的理论价值,但相对复杂、不易工程实现;张建兰等[3]针对声呐系统提出了一种压电陶瓷换能器的瞬态抑制技术,这对改善接收信号和判断声波到达时刻都非常有利,但大大增加了发射系统的复杂性,实际中一般不采纳;陈少华等[4]提出了一种提高时差法测量精度的方法。黄颖辉等众多学者[5,6,7,8]也提出了一些时延估计与相应的滤波算法,对超声波的到达时刻有较好的改善,但系统依赖于输入信号和噪声的统计先验知识且均会增加系统的复杂度和工程实现程度。
笔者提出通过脉冲调制的方法来提高超声波回波信号的到达时刻精度。与其他方法相比,该系统不会增加任何工程复杂度,且对回波信号有较好的改善作用。实验结果表明,该系统具有较高的测量精度,且所设计的超声波脉冲驱动方案对基于时差法的超声波测风仪具有重要的参考应用价值。
1 时差法超声波测风系统设计
采用NXP公司的ARM(LPC1700)和Altera公司的CPLD(MAXⅡ)芯片作为核心处理器,控制超声波传感器驱动电路、脉冲宽度调制电路、超声波信号放大和接收电路、系统计时电路、运算处理电路和外设接口电路。系统采用的超声波传感器频率是300kHz,且所选用的ARM和CPLD芯片的基本时钟均为100MHz,在一定程度上保证了系统的高测量精度[9]。系统测量原理图如图1所示。
假设南北(东西)两对超声波收发器间的距离均为L,超声波顺、逆传播时间为t南北、t北南、t东西、t西东。其中t西东为超声波由西到东传播所需的时间,风速为vw,超声波传播速度为vs。根据时差法可求得风速:
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设正北方向为0°,角度按顺时针增大,可得基准风向角:
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于是得风向角:
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(3)
2 脉冲宽度调制方案
在超声波驱动脉冲产生过程中,首先通过脉冲产生单元CPLD产生一系列方波,方波脉冲个数将直接影响系统的最终性能:个数较少导致驱动能力缺乏,而个数较多则使余振现象非常明显,对接收信号造成一定的干扰,不利于有效信号的判决。在实际调试中,发现产生脉冲序列的个数为10时可以取得较好的效果。其次,将CPLD产生的方波脉冲经相应的线圈升压电路使电压升到峰值为500V左右的交流脉冲,从而更好地驱动超声波探头。而在升压线圈的升压过程中,线圈将经历受迫振动、平衡振动和衰减振动3个状态,所以正常情况下产生的驱动信号应是一个逐渐加强的脉冲,升压线圈驱动信号如图2所示。
如此就会使得施加到超声波探头上的电压不稳定,且由于前几个脉冲能量相对较小,因此导致与之对应的超声波接收探头的回波信号出现由弱到强的过程,这样就会直接影响到判决电路的最终判决效果,从而使得测量误差增大。其接收、判决信号如图3所示。
这样,可以由图3看出超声波回波信号的前面几个波形周期幅值明显较低,从而导致判决信号没有进行正确的判断,也就是说对超声波信号到达时刻的判断延后了2～3个周期。这样由于超声波接收信号质量低带来的判决不准问题将严重影响系统的风速计算结果,并且其延后周期是不确定的,在一定程度上增加了工程实现难度。
从上述结果可知,正是由于线圈升压存在一个起振过程,因此才导致超声波回波信号质量不太理想。笔者提出了一种可以加快升压线圈起振过程的改进方法——在CPLD产生的10个脉冲序列基础上采用脉冲宽度调制(PWM)技术,通过适当增加前几个脉冲的占空比来使升压线圈的输出电压平稳。在实验中发现,将发射脉冲的前两个占空比分别调整为75%、65%时效果较好(图4)。
由图4可以看出,采用脉冲宽度调制技术后的超声波探头驱动信号变得平稳了很多,并且前几个驱动脉冲的能量得到了很大的提高,这样在提高其驱动能力的同时也在很大程度上改善了超声波回波信号的质量,更有利于超声波到达时刻判决电路的正确判决。其接收和判决波形如图5所示。
从图5可以得出,增加了脉冲宽度调制技术后的超声波接收信号质量有很大程度的改善,基本上消除了由于判决不准而带来的系统测量误差问题,为超声波测风系统后续的数据处理提供了非常可靠的数据保障。
3 系统实验
利用一个小型风洞对所设计的基于脉冲调制技术的超声波测风系统进行标定,用一台电机向风洞中吹风,通过调节控制电机的变频器得到不同的风速值,该系统采用的是300kHz的超声波传感器,实验环境温度为24.7℃,相对湿度为RH72%,大气压力为94.84kPa。共取值11组不同风速的测试点,每组数据包含18个测量值,并将测量数据经过最小二乘法拟合以观察其线性度(图6)。受风洞条件所限,对风速高于25m/s的情况,没有进行测试。
4 结束语
研究设计了基于脉冲宽度调制技术(PWM)的超声波测风仪,分析了几种改善超声波回波信号到达时刻的方法,提出了一种运用脉冲宽度调制技术来改善超声波接收信号质量的方法,对正确判断超声波的到达时刻有重要的参考意义,且该方法不会增加任何工程复杂度。实验结果表明:该系统具有较高的测量精度,且所设计的超声波脉冲驱动方案对基于时差法的超声波风速仪具有重要的参考应用价值。
摘要：给出了时差法超声波测风系统的总体设计,分析了几种改善超声波信号到达时刻的方法。重点提出了一种基于脉冲宽度调制技术(PWM)的超声波驱动信号的具体实现方法。同时对采用和不采用调制技术两种方案进行了详细的对比分析,结果表明采用调制技术的驱动脉冲更有利于正确判决超声波回波信号的到达时刻。所设计的超声波脉冲驱动方案对基于时差法的超声波风速仪具有重要的参考价值。
关键词：超声波风系统,时差法,脉冲宽度调制(PWM),到达时刻
参考文献
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[3]张建兰,高天赋,曾娟,等.压电陶瓷发射换能器的瞬态抑制[J].声学学报,2007,32(4):2～8.
[4]陈少华,吕晓颖,曾洁,等.一种用于时差法超声波热能表的高精度测时方法[J].化工自动化及仪表,2011,38(3):288～290.
[5]黄颖辉.基于DSP的超声风速测量[J].信息技术,2008,(11):99～102.
[6]朱建峰,陈建辉,王广龙.基于DSP的超声波数据采集与信号处理算法[J].仪表技术与传感器,2011,(4):66～68.
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