導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇超聲波，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

現(xiàn)在酒后駕車(chē)出車(chē)禍越來(lái)越多了，雖然交警嚴(yán)格管制，但是事故還是頻頻發(fā)生。因此，我想發(fā)明一種超聲波汽車(chē)，來(lái)防止這類(lèi)事故發(fā)生。

這款汽車(chē)的外形跟普通汽車(chē)相差無(wú)幾，可它既有普通汽車(chē)有的功能，又有普通汽車(chē)沒(méi)有的功能。比如你外出喝了酒正想打開(kāi)車(chē)門(mén)回家時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)你即使使出渾身解數(shù)也開(kāi)不了車(chē)門(mén)，是你忘了開(kāi)車(chē)鎖？NO！這是因?yàn)檐?chē)上的“超聲波酒精探測(cè)裝置”發(fā)出的超聲波已經(jīng)吸收了一些酒精“帶”回了接收器，車(chē)門(mén)自動(dòng)鎖上，除非有沒(méi)喝過(guò)酒的人代駕，否則你甭想開(kāi)車(chē)回家了。

當(dāng)你開(kāi)車(chē)外出旅游汽油用光時(shí)，卻找不到加油站，怎么辦呢？不用擔(dān)心，現(xiàn)在有了超聲波汽車(chē)。超聲波汽車(chē)已經(jīng)把太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為能量，人們開(kāi)車(chē)再也不需要昂貴的汽油了。

這款超聲波汽車(chē)還有更妙的功能呢！普通車(chē)輛很容易超載、超速，而超聲波汽車(chē)絕對(duì)不會(huì)出現(xiàn)這種情況。只要你超出一丁點(diǎn)兒重量，超聲波就會(huì)發(fā)出警報(bào)，就像電梯超載了一樣不走了，只有減少重量才可以行駛。有一些剛學(xué)會(huì)駕駛的司機(jī)很容易把油門(mén)當(dāng)剎車(chē)，很多慘劇就是這樣釀成的，可是駕駛超聲波汽車(chē)時(shí)，如果出現(xiàn)險(xiǎn)情，你在慌亂之下，誤踩油門(mén)時(shí)，超聲波早已把探測(cè)到的無(wú)線電波傳送到剎車(chē)系統(tǒng)里了，剎車(chē)自動(dòng)工作，而你踩下的油門(mén)根本起不了作用。要是你控制不了車(chē)速怎么辦？比如高速公路上限速120公里，你卻依然狠踩油門(mén)，這時(shí)超聲波會(huì)形成一個(gè)小阻礙在油門(mén)下方，油門(mén)再也踩不下去了。

我相信這款實(shí)用的多功能超聲波汽車(chē)將會(huì)受到越來(lái)越多消費(fèi)者的喜愛(ài)！

篇2

斯帕拉捷很奇怪：不用眼睛，蝙蝠憑什么來(lái)辨別前方的物體，捕捉靈活的飛蛾呢？于是，他把蝙蝠的鼻子堵住。結(jié)果，蝙蝠在空中還是飛得那么敏捷、輕松。

最后，斯帕拉捷堵住蝙蝠的耳朵，把它們放到夜空中。這次，蝙蝠可沒(méi)有了先前的神氣。它們像無(wú)頭蒼蠅一樣在空中東碰西撞，很快就跌落在地。

??！蝙蝠在夜間飛行，捕捉食物，原來(lái)是靠聽(tīng)覺(jué)來(lái)辨別方向、確認(rèn)目標(biāo)的！斯帕拉捷的實(shí)驗(yàn)，揭開(kāi)了蝙蝠飛行的秘密，促使很多人進(jìn)一步思考：蝙蝠的耳朵又怎么能“穿透”黑夜，“聽(tīng)”到?jīng)]有聲音的物體呢？

后來(lái)人們繼續(xù)研究，終于弄清了其中的奧秘。原來(lái)，蝙蝠靠喉嚨發(fā)出人耳聽(tīng)不見(jiàn)的“超聲波”，這種聲音沿著直線傳播，一碰到物體就像光照到鏡子上那樣反射回來(lái)。如圖所示，蝙蝠用耳朵接收到這種“超聲波”，就能迅速作出判斷，靈巧地自由飛翔，捕捉食物。

超聲波的特點(diǎn)與應(yīng)用

超聲波是頻率高于20000赫茲的聲波，它方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠(yuǎn)，可用于測(cè)距、測(cè)速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。超聲波因其頻率下限大約等于人的聽(tīng)覺(jué)上限而得名。

如圖所示，超聲波清洗機(jī)由超聲波發(fā)生器發(fā)出的超高頻率超聲波，通過(guò)換能器轉(zhuǎn)換成高頻率振動(dòng)而傳播到清洗溶劑中，超聲波在清洗液中疏密相間地向前傳播，使液體流動(dòng)而產(chǎn)生數(shù)以萬(wàn)計(jì)的微小氣泡，存在于液體中的微小氣泡在超聲波的作用下振動(dòng)，使得待清洗物體上的固體粒子脫離，從而達(dá)到清洗加凈化的目的。

現(xiàn)在人們將超聲波運(yùn)用到臨床醫(yī)學(xué)上，獲得了巨大成功。例如治療癌癥的“超聲聚焦刀”，就是利用超聲波作為能源。很多束超聲波從體外發(fā)射到身體里去，在發(fā)射透射過(guò)程中間發(fā)生聚焦，聚焦在一個(gè)點(diǎn)即腫瘤上，通過(guò)聲波和熱能轉(zhuǎn)化，在0.5～1秒內(nèi)形成一個(gè)70℃～100℃高溫治療點(diǎn)，這個(gè)高溫點(diǎn)好比是一個(gè)手術(shù)刀在切割腫瘤，焦點(diǎn)區(qū)的腫瘤無(wú)一幸免。超聲聚焦刀使腫瘤組織產(chǎn)生凝固性壞死，失去增殖、浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移能力。此機(jī)原理類(lèi)似于太陽(yáng)灶聚陽(yáng)光于焦點(diǎn)處產(chǎn)生巨大能量。所以有人將超聲聚焦比做一把體外操作、體內(nèi)切割的“刀”。

在醫(yī)學(xué)中，可以把超聲波送入體內(nèi)，經(jīng)過(guò)技術(shù)處理，在熒光屏上顯示出人體內(nèi)臟清晰的圖像，這種技術(shù)就是所謂的B超檢查。超聲波檢測(cè)的原理用于工程上，可以用來(lái)檢測(cè)工件內(nèi)隱藏的裂紋、砂眼、氣泡等，成為工程師的“眼睛”。

超聲波能在水中傳播很遠(yuǎn)的距離。比如，30000 Hz的超聲波在空氣中傳播24 m時(shí)，強(qiáng)度會(huì)減弱過(guò)半，而在水里它要傳播44 km才會(huì)減弱過(guò)半，是空氣中傳播距離的2000倍。

第一次世界大戰(zhàn)的時(shí)候，德國(guó)潛水艇頻頻襲擊英國(guó)和法國(guó)的巡洋艦。法國(guó)科學(xué)家朗之萬(wàn)心急如焚，發(fā)明了一種叫聲吶的儀器。聲吶由超聲波發(fā)生器和接收器兩部分組成。聲吶發(fā)出超聲波，接收和測(cè)量回聲，可以確定目標(biāo)的位置、形狀，甚至還能分析出敵方潛艇的性能。

聲吶技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用，它可以用于考查海底，畫(huà)出精確的“地貌聲圖”，誤差不超過(guò)20 cm。

篇3

【關(guān)鍵詞】超聲波探傷；探頭；聲速

超聲波檢測(cè)應(yīng)用的特點(diǎn)

在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，超聲波檢測(cè)是四大常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)（超聲、射線、磁粉、滲透）之一，是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、使用頻率最高且發(fā)展較快的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。與其它幾種常用的無(wú)損檢測(cè)方法相比，超聲檢測(cè)有以下特點(diǎn)：⑴面積型缺陷的檢出率較高，而體積型缺陷的檢出率較低。對(duì)體積型缺陷的體積大小定位較為困難。⑵適合檢驗(yàn)厚度較大的工件。超聲波對(duì)鋼有足夠的穿透能力，目前超聲波探頭的穿透能力可達(dá)10米。因此，對(duì)厚大產(chǎn)品的界面回波和缺陷回波的定位和分辨都比較容易。⑶應(yīng)用范圍廣。超聲波探傷應(yīng)用范圍包括焊縫、板材、管材、棒材、鍛件、鑄件、以及復(fù)合材料等。在探測(cè)材料的內(nèi)部缺陷方面，超聲波檢測(cè)與射線檢測(cè)相比，具有成本低、效率高、檢測(cè)方便等優(yōu)點(diǎn)。⑷超聲檢測(cè)與射線檢測(cè)相比，對(duì)缺陷在工件厚度方向上的定位較準(zhǔn)確。⑸材質(zhì)內(nèi)部的成分偏析、粗大的晶粒、細(xì)小的異質(zhì)夾渣物等，都對(duì)超聲檢測(cè)的精度造成影響。此外，粗大的晶粒或石墨界面還會(huì)對(duì)聲波的能量造成嚴(yán)重的衰減，降低聲波的穿透能力。⑹比較適合檢測(cè)外形輪廓簡(jiǎn)單的工件。⑺無(wú)法得到缺陷直觀圖像，定性難，定量精度不高。⑻檢測(cè)結(jié)果無(wú)直接見(jiàn)證記錄。

超聲波的基本定義

機(jī)械振動(dòng)在彈性體中的傳播稱(chēng)之為聲波。如果以頻率f來(lái)表征聲波，并以人的可聞?lì)l率為分界線，則可把聲波劃分為次聲波（f20kHz）。在超聲波檢測(cè)中最常用的頻率范圍為0.5～10MHz。

聲波的特征參數(shù)

頻率f：波在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)給定點(diǎn)的完整波的個(gè)數(shù)稱(chēng)為波的波動(dòng)頻率；波長(zhǎng)λ：波在一個(gè)周期內(nèi)傳播的距離稱(chēng)為波長(zhǎng)；波速c：聲波在單位時(shí)間所傳播的距離稱(chēng)為波速。

三者有以下關(guān)系：c=λf

聲波的分類(lèi)

波的種類(lèi)以質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與傳播方向的關(guān)系來(lái)區(qū)分的，它分為縱波、橫波、和表面波。

⑴縱波：介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一致的波。⑵橫波：介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向向垂直的波。⑶表面波：介質(zhì)表面的質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生繞其平衡位置作橢圓軌跡的振動(dòng)的波，表面波只能沿固體表面?zhèn)鞑ァＢ暡ㄓ挚梢苑譃檫B續(xù)波、脈沖波等。連續(xù)波：介質(zhì)各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)持續(xù)時(shí)間為無(wú)窮的波動(dòng)。脈沖波：介質(zhì)各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)持續(xù)時(shí)間有限的波動(dòng)。目前廣泛使用的超聲波檢測(cè)，發(fā)射的均為脈沖超聲波。

超聲波檢測(cè)儀的構(gòu)成

超聲波檢測(cè)系統(tǒng)主要由超聲檢測(cè)儀、探頭、連接線、耦合劑、試塊等構(gòu)成。

超聲波探頭

超聲波探頭又叫換能器。主要作用是發(fā)射和接收高頻的超聲波。

超聲探頭的分類(lèi)

超聲波探頭的種類(lèi)很多，根據(jù)波型不同，可分為縱波探頭、表面波探頭、橫波斜探頭等，根據(jù)耦合方式不同可分為接觸式探頭、水浸探頭，電磁耦合探頭等。根據(jù)波束的發(fā)散情況可分為聚焦探頭和非聚焦探頭。根據(jù)晶片的數(shù)量可分為單晶探頭、雙晶探頭。

試塊

為了保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性、可重復(fù)性和可對(duì)比性，探傷檢測(cè)也必須使用試塊，來(lái)作為探傷判斷的標(biāo)準(zhǔn)。

軋輥探傷系統(tǒng)常用試塊

⑴標(biāo)準(zhǔn)試塊 標(biāo)準(zhǔn)試塊要求試塊內(nèi)部材質(zhì)均勻，雜質(zhì)少，無(wú)影響使用的缺陷，具有良好的聲學(xué)特性。標(biāo)準(zhǔn)試塊通常采用20號(hào)碳鋼制作，試塊探測(cè)面光潔度一般不低于1.6μm，尺寸公差±0.05mm。⑵CSK-ⅠA試塊 CSK-ⅠA試塊是我國(guó)在ⅡW試塊的基礎(chǔ)上改進(jìn)后得到的，主要有三點(diǎn)改進(jìn)。①將φ50mm的直孔改為φ50mm、φ44mm和φ40mm臺(tái)階孔，以便于測(cè)定橫波斜探頭的分辨力。②將R100mm的單一圓弧面改為R100mm和R50mm的階梯圓弧面，以便于調(diào)整橫波掃描速度和探測(cè)范圍。③將試塊上標(biāo)定的折射角改為K值（K=tgβ），從而可直接讀出橫波斜探頭的K值。（3）對(duì)比試塊 軋輥探傷用對(duì)比試塊為φ5平底孔試塊，試塊尺寸在國(guó)標(biāo)GB/T1503-2008中有詳細(xì)規(guī)定。

軋輥的超聲檢測(cè)

準(zhǔn)備工作

⑴了解檢測(cè)產(chǎn)品的主要生產(chǎn)方法，工藝特點(diǎn)，以及該產(chǎn)品主要的缺陷種類(lèi)。⑵充分了解所使用儀器和探頭的組合性能，現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境，有無(wú)強(qiáng)磁、振動(dòng)等。⑶所要檢測(cè)產(chǎn)品的規(guī)格、廠家以及技術(shù)要求等細(xì)節(jié)。⑷備齊需要的探頭、連接線、耦合油、刷子等檢測(cè)工具。⑸檢測(cè)前要對(duì)不同平底孔試塊進(jìn)行當(dāng)量校準(zhǔn)，測(cè)定聲速和所使用探頭的探頭延時(shí)等。

儀器和探頭的選用

儀器：⑴儀器的垂直線性和水平線性良好。⑵儀器的靈敏度余量要高（即可調(diào)的dB值范圍大），信噪比高，功率大。⑶儀器的盲區(qū)盡量小，分辨率高。⑷鑒于軋輥的檢測(cè)條件，應(yīng)盡量選用便攜式、數(shù)字式儀器，儀器的熒光屏亮度高、防護(hù)能力和抗干擾能力強(qiáng)，操作界面應(yīng)盡量選用中文界面的儀器。

探頭：

⑴首先保證探頭的性能（即選擇探頭的品牌）。⑵探頭頻率的選擇。⑶探頭種類(lèi)的選擇。⑷晶片尺寸的選擇。⑸斜探頭K值的選擇。⑹檢測(cè)較為粗糙的表面時(shí)，為了提高耦合效果和保護(hù)探頭，應(yīng)盡量帶軟保護(hù)膜的探頭。

缺陷的定量

對(duì)于超聲波檢測(cè)來(lái)說(shuō)，當(dāng)缺陷的尺寸小于聲束截面時(shí)，缺陷的定量有多種方法，比如缺陷回波高度法、底面回波高度法、當(dāng)量評(píng)定法、當(dāng)量計(jì)算法等，對(duì)于軋輥探傷來(lái)說(shuō)，最常用的是當(dāng)量評(píng)定法。當(dāng)缺陷面積大于聲束截面時(shí)，就不能采用當(dāng)量法了，這時(shí)測(cè)定缺陷的面積要根據(jù)檢測(cè)到缺陷的探頭移動(dòng)范圍來(lái)確定缺陷的大小，通常稱(chēng)為缺陷的指示長(zhǎng)度或指示面積。檢測(cè)方法最常用的為6dB法或半波高度法、端點(diǎn)6dB法、端點(diǎn)峰值法等。

影響定量的因素

⑴缺陷的形狀。⑵缺陷的輪廓和表面光潔程度。⑶缺陷的取向。⑷缺陷的性質(zhì)。

非缺陷回波

⑴探頭雜波。⑵工件輪廓回波。⑶幻象波。

中心縮松或縮孔

中心縮松在輥頸檢測(cè)中比較常見(jiàn)，通常位于中心部位?？s松引起的原因是最后凝固的部位沒(méi)有金屬液補(bǔ)縮造成?？s松會(huì)造成聲波的明顯衰減，嚴(yán)重時(shí)底波不可見(jiàn)。

表面裂紋及垂直裂紋

表面垂直裂紋通常是軋制過(guò)程中形成疲勞裂紋或者事故裂紋，這時(shí)裂紋的深度通常使用斜探頭進(jìn)行檢測(cè)。

篇4

關(guān)鍵詞： 超聲波檢測(cè) 混凝土缺陷 檢測(cè)

混凝土構(gòu)件在制作或使用過(guò)程中，經(jīng)常因?yàn)楣芾聿簧苹蚴墉h(huán)境及意外損傷的影響，其內(nèi)部可能出現(xiàn)蜂窩狀不密實(shí)區(qū)或空洞。這些缺陷的存在會(huì)嚴(yán)重影響構(gòu)件的承載力和耐久性，采用有效方法查明混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷的性質(zhì)、位置、范圍及尺寸，以便進(jìn)行技術(shù)處理，是工程建設(shè)中的一個(gè)重要內(nèi)容。

1超聲波檢測(cè)混凝土缺陷的基本原理

目前，在檢測(cè)混凝土構(gòu)件的缺陷方面，超聲無(wú)損檢測(cè)的應(yīng)用比較廣泛。其主要方法是：首先測(cè)出超聲波在混凝土構(gòu)件各段的傳播速度，再比較所測(cè)速度值的差異，找出有突變的地方，進(jìn)行分析，從而判斷缺陷的形態(tài)、范圍等。超聲波檢測(cè)儀器比較簡(jiǎn)單，便攜，操作比較方便，所以被廣泛應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)缺陷檢測(cè)。

2超聲波檢測(cè)混凝土缺陷的方法

2.1平測(cè)法

當(dāng)構(gòu)件具有兩對(duì)相互平行的測(cè)試面時(shí)，可采用對(duì)測(cè)法，在測(cè)試部位兩對(duì)相互平行的測(cè)試面上，分別畫(huà)出200～300mm等間距的網(wǎng)格并編號(hào)確定對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)位置然后將T、R換能器經(jīng)耦合劑分別置于對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)上，逐點(diǎn)記錄相應(yīng)的聲時(shí)（ti）、波幅（Ai）和頻率(fi)，并量取測(cè)試距離（L）。

2.2斜測(cè)法

當(dāng)混凝土被測(cè)部位只能提供兩個(gè)相對(duì)或相鄰測(cè)試表面時(shí)，可采用斜測(cè)法檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)，將一對(duì)T、R換能器分別耦合于被測(cè)構(gòu)件的兩個(gè)表面，兩個(gè)換能 器的軸線不在同一直線上。檢測(cè)混凝土梁、柱的施工接槎、修補(bǔ)加固混凝L結(jié)合質(zhì)量和檢測(cè)混凝土梁、柱的裂縫深度多采用此方法。

2.3鉆孔測(cè)法

對(duì)于大體積混凝土結(jié)構(gòu)，由于其斷面尺寸較大，如直接進(jìn)行平面對(duì)測(cè)，接收到的脈沖信號(hào)很微弱，甚至無(wú)法識(shí)別首波的起始位置，不利于聲學(xué)參數(shù)的讀取和分析。檢測(cè)時(shí)可用兩個(gè)徑向振動(dòng)式換能器分別置于兩測(cè)孔中進(jìn)行測(cè)試，或用一個(gè)徑向振動(dòng)式與一個(gè)厚度振動(dòng)式換能器，分別置于測(cè)孔中和平行于測(cè)孔的側(cè)面進(jìn)行測(cè)試。

3數(shù)據(jù)處理及判斷

混凝土是非均質(zhì)體，各測(cè)點(diǎn)處混凝土的質(zhì)量是波動(dòng)與離散的。任何結(jié)構(gòu)上都能測(cè)量到一些低值點(diǎn)，但這些低值點(diǎn)不一定都是缺陷。所以各類(lèi)超聲檢測(cè)規(guī)范中都采用了“概率法”。概率法的基本構(gòu)想是認(rèn)為：

a．正?；炷临|(zhì)量的波動(dòng)是偶然誤差所引起，是不可避免的，也是允許的，它的分布是符合正態(tài)分布的。同時(shí)粗略認(rèn)為，正常混凝土其聲學(xué)參數(shù)也符合正態(tài)分布。

b．缺陷是由過(guò)失誤差（漏振、漏漿、架空等）引起。它的分布不符合正態(tài)分布。

c．現(xiàn)在的問(wèn)題是如何區(qū)別判斷這些低測(cè)值點(diǎn)是偶然誤差還是過(guò)失誤差所引起，也就是說(shuō)要定出一個(gè)是否是缺陷的臨界值：凡低于臨界值就是缺陷可疑點(diǎn)。

3.1混凝土聲學(xué)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算：

對(duì)于同一構(gòu)件，同一測(cè)距的聲速、波幅等聲學(xué)參數(shù)的平均值（mx）和標(biāo)準(zhǔn)差（Sx）應(yīng)分別按下式及步驟計(jì)算：

(1)

(2)

式中：――第 i 點(diǎn)的聲學(xué)參數(shù)測(cè)量值；

n――參與統(tǒng)計(jì)的測(cè)點(diǎn)數(shù)。

(1)將測(cè)位各測(cè)點(diǎn)的波幅、聲速或主頻值由大至小按順序分別排列，即X1≥X2≥⋯≥Xn≥Xn+1，將排在后面明小的數(shù)據(jù)視為可疑，再將這些可疑數(shù)據(jù)中最大的一個(gè)(假定Xn)連同其前面的數(shù)據(jù)計(jì)算出mx及Sx值，并按公式 (3)計(jì)算異常情況的判斷值。 ( 為異常值判定系數(shù)，可查CECS:21-2000取值)

將判斷值(X0)與可疑數(shù)據(jù)的最大值(Xn)相比較，當(dāng)Xn不大于X0時(shí)，則X0及排列于其后的各數(shù)據(jù)均為異常值，并且去掉Xn，再用X1～Xn-1進(jìn)行計(jì)算和判別，直至判不出異常值為止；當(dāng)Xn大于時(shí)X.0，應(yīng)再將Xn+1放進(jìn)去重新進(jìn)行計(jì)算和判別；

(2)當(dāng)測(cè)位中判出異常測(cè)點(diǎn)時(shí)，根據(jù)異常測(cè)點(diǎn)的分布情況，按下式進(jìn)一步判別其相鄰測(cè)點(diǎn)是否異常。

式中， 、 ，――異常值判斷系數(shù)(當(dāng)測(cè)點(diǎn)布置為網(wǎng)格狀時(shí)取 ；當(dāng)單排布置測(cè)點(diǎn)時(shí)(如在聲測(cè)孔中檢測(cè))取 )。

4檢測(cè)實(shí)例

某新建工程，因?yàn)閼岩赡郴炷林駬v不密實(shí)，對(duì)其進(jìn)行缺陷監(jiān)測(cè)。該柱子橫截面積為1400mm×1400mm柱高3400mm。

4.1構(gòu)件布點(diǎn)設(shè)置

檢測(cè)儀器為NM-4A型非金屬超聲波檢測(cè)儀。采用對(duì)測(cè)的方法，網(wǎng)格間距為200mm。AA測(cè)試面和BB測(cè)試面為同一根柱子的同一平行面且分別布置96個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1，圖2。耦合劑采用黃油。

對(duì)于AA面，先將聲速由大到小排列，利用公式（1）、（2）、（3），計(jì)算出平均值，標(biāo)準(zhǔn)差，和判斷值。結(jié)果分別為：mx=4.390, Sx=0.069, X0=4.230。可見(jiàn)X06-01=4.234< X0,則X06-01為異常值。再將X06-01去掉，用其它值繼續(xù)計(jì)算和判別，并未發(fā)現(xiàn)其他異常值。根據(jù)測(cè)點(diǎn)的分布情況，在異常值相鄰的測(cè)點(diǎn)X06-02, X05-01, X07-01按上述方法繼續(xù)判別。其中 。由計(jì)算得出X0=4.277，故其臨近測(cè)點(diǎn)無(wú)異常。再由同樣方法計(jì)算BB面，X0=4.251，則X06-01為異常值。計(jì)算其臨近點(diǎn)X06-02, X05-01, X07-01是否異常，則X0=4.298，故其臨近點(diǎn)也無(wú)異常。結(jié)合AA面與BB面的測(cè)試結(jié)果，缺陷位置基本相同，缺陷位置可以從測(cè)點(diǎn)不知立面圖中看出，劃有X的為異常點(diǎn)。

5結(jié)束語(yǔ)

對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件混凝土不密實(shí)區(qū)和空洞缺陷檢測(cè)，不僅在監(jiān)控混凝土的施工質(zhì)量、消除工程隱患、加快施工進(jìn)度等方面具有很重要的意義，而且對(duì)長(zhǎng)久使用中的工建筑物進(jìn)行質(zhì)量鑒定，以便確定繼續(xù)使用還是加固改造或者是推倒重新修建．也具有決定性的作用。

篇5

關(guān)鍵詞：超聲波、廢水、降解、有機(jī)物

超聲波是一種高頻機(jī)械波，頻率一般在20 kHz～10 MHz之間，具有能量集中、穿透力強(qiáng)等特點(diǎn)。超聲波降解水體中的有機(jī)污染物是近年來(lái)開(kāi)始研究的一項(xiàng)新型水處理技術(shù)，它集高級(jí)氧化、焚燒、超臨界氧化等多種水處理技術(shù)的特點(diǎn)于一體，可單獨(dú)或與其它水處理技術(shù)聯(lián)合使用。超聲波在水中可以發(fā)生空化效應(yīng)，從而降解水體中的化學(xué)污染物，具有氧化、熱解、超臨界氧化等多種特性，且操作簡(jiǎn)單方便，降解速度快，無(wú)二次污染等，能將水體中有害有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2、H2O、無(wú)機(jī)離子或轉(zhuǎn)變?yōu)楸仍杏袡C(jī)物毒性小的有機(jī)物，因而在處理難生物降解的有機(jī)物方面具有顯著的優(yōu)越性，應(yīng)用前景廣泛，已受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，現(xiàn)在我國(guó)在這方面也開(kāi)始進(jìn)行了研究，并已有一些研究成果報(bào)道[1-2]。

1超聲波處理技術(shù)的研究

1.1超聲波降解機(jī)理

一般公認(rèn)為，頻率范圍在15kHz～10MHz的超聲波輻照降解水中的化學(xué)污染物是由超聲空化效應(yīng)引起的物理化學(xué)過(guò)程。目前對(duì)超聲波降解有機(jī)物的機(jī)理，眾說(shuō)紛壇，但大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為用熱點(diǎn)模型來(lái)認(rèn)識(shí)聲化學(xué)機(jī)理更有說(shuō)服力。熱點(diǎn)模型的機(jī)理為：一定頻率和聲強(qiáng)的超聲波輻照溶液時(shí)，液體中微小泡核在超聲波作用下被激化，這是溶液中一種極其復(fù)雜的物理化學(xué)現(xiàn)象，其表現(xiàn)為泡核的振蕩、生長(zhǎng)、收縮、崩潰等一系列動(dòng)力學(xué)過(guò)程，在聲波負(fù)壓相作用下迅速崩潰，整個(gè)過(guò)程發(fā)生在納秒～微妙時(shí)間內(nèi)，空化泡瞬間崩潰時(shí)就會(huì)在其周?chē)鷺O小空間范圍內(nèi)產(chǎn)生局部高溫（1900-5200K）和高壓（50-100MPa）區(qū)，溫度變化率高達(dá)109K/s，即形成所謂“熱點(diǎn)”。進(jìn)入空化泡中的水蒸汽在高溫和高壓下發(fā)生分裂及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，反應(yīng)式如下：

H2O?OH+?H（2.1）

?OH+?OHH2O2（2.2）

2?HH2（2.3）

與此同時(shí)，還伴有強(qiáng)烈的沖擊波和時(shí)速高達(dá)400km的射流產(chǎn)生，使這些具有氧化性的自由基和H2O2進(jìn)入整個(gè)水溶液中，這就為有機(jī)物的降解提供了一個(gè)極端的物理環(huán)境，水中污染物超聲降解的途徑取決于污染物的物理化學(xué)性質(zhì)。

一般來(lái)說(shuō)超聲空化是通過(guò)以下3種途徑來(lái)降解水中的有機(jī)物：

a.高溫?zé)峤鈁3]

對(duì)于易揮發(fā)的有機(jī)物，主要參加此類(lèi)反應(yīng)。由于這些有機(jī)物易于進(jìn)入到空化泡內(nèi)，高溫高壓使其發(fā)生熱裂解斷鍵作用，即類(lèi)似燃燒化學(xué)反應(yīng)使其徹底降解。

b.超聲機(jī)械效應(yīng)

超聲波在媒質(zhì)中傳播時(shí)引起媒質(zhì)質(zhì)元的振動(dòng)，使位移速度加快，從而加快了分子碰撞速度，同時(shí)對(duì)質(zhì)點(diǎn)施加較大的沖擊力，會(huì)導(dǎo)致分子鏈斷裂。

c.自由基氧化還原反應(yīng)

對(duì)于不易或難揮發(fā)的有機(jī)物，主要參與這類(lèi)反應(yīng)。由于空化作用產(chǎn)生的都是高反應(yīng)性自由基，含有未配對(duì)的電子，性質(zhì)活潑，會(huì)和水中其它的分子或自由基相互反應(yīng)，引發(fā)一連串的連鎖反應(yīng)。如自由基的氧化、加成、取代或氯的消除。

當(dāng)然利用超聲波降解水中有機(jī)污染物質(zhì)是上述各種機(jī)理共同作用，最終將有機(jī)物去除，達(dá)到凈水的目的。

1.2超聲波降解有機(jī)物的影響因素

1.2.1超聲系統(tǒng)因素

包括頻率和聲強(qiáng)或聲功率。一般而言，超聲輻射頻率隨對(duì)象不同而不同，高頻（200～900kHz）利于降解，但頻率還與超聲波的衰減有關(guān)。升高聲強(qiáng)強(qiáng)度，有利于氧化反應(yīng)，降解速度隨聲強(qiáng)的增強(qiáng)而增大。

許多研究如對(duì)鄰氯酚等超聲波降解作用表明：污染物的降解速率隨聲強(qiáng)的提高呈線形提高。但超過(guò)極值后，降解速率隨之而降低。

影響因素主要有溶劑，溶液中飽和氣體的種類(lèi)，體系蒸汽壓、壓力、溫度等，有機(jī)物的種類(lèi)和濃度，自由基的清除劑（CO32-，HCO3-和天然有機(jī)質(zhì)等）以及pH值（不是主要的）或適當(dāng)通氣。這些因素中溶解性氣體存在可提供空化核，穩(wěn)定空化效果，一般來(lái)說(shuō)單原子氣體比雙原子氣體、雜原子氣體更適合。

1.2.3反應(yīng)器結(jié)構(gòu)因素

如反應(yīng)器構(gòu)造、反應(yīng)器內(nèi)是否易建立起混響場(chǎng)和外部能否施加壓力等。目前，超聲波主要有探頭式和槽式兩類(lèi)間隙式反應(yīng)為主的反應(yīng)器，這類(lèi)反應(yīng)器不利于污染物的凈化。為推動(dòng)污染物的連續(xù)凈化，近距離超聲波換能器系統(tǒng)裝置就比傳統(tǒng)的更有效。

1.2.4催化劑因素

添加少量催化劑，如氧化性物質(zhì)、Fenton試劑等，主要是促進(jìn)空化過(guò)程中氣泡界面上氫氧自由基、過(guò)氧化氫等氧化性物質(zhì)的產(chǎn)生，提高超聲波降解污染物的氧化強(qiáng)度，加快反應(yīng)速率，促進(jìn)有機(jī)污染物的降解反應(yīng)。

就Fenton試劑[4]而言，具有很強(qiáng)的氧化性，在廢水處理上的應(yīng)用日趨廣泛。其氧化機(jī)理主要是利用亞鐵離子作為過(guò)氧化氫分解的催化劑，反應(yīng)過(guò)程可以生成反應(yīng)活性極高的氫氧自由基，其具有很強(qiáng)的氧化電位。氫氧自由基可以進(jìn)一步引發(fā)自由基鏈反應(yīng)，從而氧化降解大部分的有機(jī)物，甚至使大部分有機(jī)物達(dá)到礦化。整個(gè)反應(yīng)體系的反應(yīng)十分復(fù)雜，其關(guān)鍵是通過(guò)Fe2+在反應(yīng)過(guò)程中起激發(fā)和傳遞作用，使鏈反應(yīng)可以持續(xù)進(jìn)行直至H2O2耗盡。

氫氧自由基是一種很強(qiáng)的氧化劑，具有較高的電負(fù)性或親電子性，還具有加成作用，當(dāng)碳碳雙鍵存在時(shí)，除非被進(jìn)攻的分子具有高密度的碳?xì)浣?，否則將發(fā)生加成反應(yīng)。Fenton試劑處理有機(jī)污染物的實(shí)質(zhì)就是氫氧自由基與有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)。

2超聲波處理廢水的常用方法

近年來(lái)，研究者發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)使用超聲波降解水體中有機(jī)污染物雖然具有操作簡(jiǎn)單、方便等優(yōu)點(diǎn)，但從能量消耗來(lái)看，不是很經(jīng)濟(jì)，且降解速度較慢。為了提高其降解速度同時(shí)降低費(fèi)用，一些學(xué)者相繼研究了幾種超聲波與其它處理技術(shù)相結(jié)合的新工藝，這是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，目前尚處于探索階段。

2.1超聲波單一降解法

目前，運(yùn)用超聲波降解有機(jī)污染物的作用機(jī)理，眾多研究在不同濃度的污染物處理、不同超聲作用時(shí)間、不同溫度、不同水體溶液的pH值等條件下進(jìn)行探討工業(yè)廢水中有機(jī)污染物的降解效果。

Cheistain P等[5]研究了20kHz和50kHz超聲波作用下五氯苯酚在水溶液中的降解。James C等采用超聲波空化技術(shù)研究了氯苯、氯酚、氯代農(nóng)藥、殺蟲(chóng)劑、除草劑等有機(jī)氯化物的脫鹵，并提出超聲脫鹵的反應(yīng)機(jī)理。傅敏、高宇[6]等對(duì)苯胺采用超聲波處理進(jìn)行了研究。

2.2超聲-催化劑法

在對(duì)超聲波的研究中，催化劑的加入會(huì)促進(jìn)水體中如酚類(lèi)等憎水性、難揮發(fā)性污染物的降解速度。氧化性催化劑主要包括了過(guò)氧化氫、臭氧、次氯酸，它主要是利用了自由基作用原理，使氧化性物質(zhì)空化過(guò)程中在液體界面產(chǎn)生自由基，從而促進(jìn)污染物的降解。Olson、Terese M.、Dahi E等采用的超聲/臭氧氧化法降解水體中的天然有機(jī)物；Okouchj等在超聲波降解水體中苯酚的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)MnO2、V2O5對(duì)苯酚降解也具有催化作用。而Fenton試劑處理十幾分鐘，硝基苯的COD基本可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

2.3超聲-紫外光法

用超聲-紫外光凈化處理紡織染料廢水，發(fā)現(xiàn)超聲和紫外光聯(lián)合作用于廢水能大大促進(jìn)反應(yīng)物和產(chǎn)物在光催化劑表面的轉(zhuǎn)換，從而大大加快反應(yīng)速度。熊宜棟[7]在研究苯胺廢水的超聲波降解實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)：同時(shí)作用于廢水，由于超聲和紫外光的協(xié)同效應(yīng)，使總的降解率比任一單獨(dú)效應(yīng)之和要好。

3超聲波處理技術(shù)的研究方向

超聲波雖已應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域，能快速便捷降解工業(yè)廢水中的某些污染物，具有很大的潛力，但目前對(duì)于此類(lèi)研究依然存在不足之處。

（1）深入研究機(jī)理。目前，大多數(shù)超聲波降解研究主要集中在動(dòng)力學(xué)和機(jī)理上，而對(duì)水體中其他溶解性有機(jī)污染物聲化學(xué)轉(zhuǎn)化的影響以及降解反應(yīng)過(guò)程中中間體性質(zhì)的探討較少。深入研究超聲波空化泡界面的特性，弄清超聲波作用下有機(jī)物降解機(jī)理，開(kāi)發(fā)促進(jìn)降解的催化劑，從而加快反應(yīng)速度，促進(jìn)有機(jī)污染物徹底降解，避免造成環(huán)境的二次污染。

（2）拓展研究領(lǐng)域。目前的研究大多數(shù)停留在單組分模擬體系，而實(shí)際污染水系通常含有多種有機(jī)污染物。如何針對(duì)難降解有機(jī)污染物和實(shí)際有機(jī)廢水展開(kāi)研究、拓展實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域、對(duì)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行量化描述、增大超聲波技術(shù)處理量等都是需要進(jìn)一步深入開(kāi)展的工作。

（3）優(yōu)化反應(yīng)器。改進(jìn)超聲波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化工藝參數(shù)，提高反應(yīng)效率，從而減少成本，變間歇式處理的實(shí)驗(yàn)室階段到連續(xù)性處理工藝開(kāi)發(fā)階段，促進(jìn)超聲波降解技術(shù)的推廣與應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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篇6

超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生每秒幾萬(wàn)次的高頻振動(dòng)，這種達(dá)到一定振幅的高頻振動(dòng)，通過(guò)上焊件把超聲能量傳送到焊區(qū)，由于焊區(qū)即兩個(gè)焊接的交界面處聲阻大，因此會(huì)產(chǎn)生局部高溫。

又由于塑料導(dǎo)熱性差，一時(shí)還不能及時(shí)散發(fā)，聚集在焊區(qū)，致使兩個(gè)塑料的接觸面迅速熔化，加上一定壓力后，使其融合成一體。

當(dāng)超聲波停止作用后，讓壓力持續(xù)幾秒鐘，使其凝固成型，這樣就形成一個(gè)堅(jiān)固的分子鏈，達(dá)到焊接的目的，焊接強(qiáng)度能接近于原材料強(qiáng)度。

超聲波焊接根據(jù)焊接方式的不同，可分為埋植法焊接、鉚焊法焊接、點(diǎn)焊法和成型。

（來(lái)源：文章屋網(wǎng) ）

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關(guān)鍵詞：超聲波 介質(zhì) 能量 衰減

中圖分類(lèi)號(hào)：TE254 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）10（b）-0116-02

1 壓電陶瓷換能器

壓電陶瓷換能器由壓電陶瓷片和兩種金屬組成，在一定的溫度下經(jīng)極化處理后，具有壓電效應(yīng)。當(dāng)發(fā)射端的壓電陶瓷固有頻率等于信號(hào)發(fā)生器的發(fā)射頻率時(shí)，將產(chǎn)生共振，發(fā)射端產(chǎn)生超聲波。并且向前傳播。當(dāng)超聲波傳到接收端時(shí)，壓電陶瓷也將產(chǎn)生共振，在經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化電路把壓電陶瓷的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳給示波器，可以將信號(hào)發(fā)生器的脈沖信號(hào)表示成： （1）

當(dāng)壓電陶瓷換能器發(fā)射端的超聲波經(jīng)過(guò)介質(zhì)傳到接收器，并且發(fā)射器探頭與接收器探頭平行時(shí)，在接收器與發(fā)射器之間，入射波與反射波相干疊加，當(dāng)放入介質(zhì)的時(shí)候峰-峰值會(huì)隨著探頭的距離變化而發(fā)生變化。

2 利用極大值法測(cè)量

2.1 超聲波在紙張里的能量衰減

測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示（表格中的d1為紙張的厚度0.04 mm/層；Vp-p為電壓峰峰值）。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)超聲波在紙張中的能量衰減曲線如圖1所示。

2.2 超聲波在布料里的能量衰減

測(cè)量數(shù)據(jù)如表2所示（表格中的d2為布料的厚度0.041 mm/層；Vp-p為電壓峰峰值）。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，得出超聲波在布料中的能量衰減曲線如圖2所示。

3 超聲波在介質(zhì)中傳播能量損失的原因分析

通過(guò)對(duì)超聲波能量在介質(zhì)中的損失研究表明，損失主要由以下幾個(gè)原因造成。

3.1 吸收損耗

由于超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)介質(zhì)非理想，不均勻，使物質(zhì)內(nèi)部的分子之間相互運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致超聲波能量被介質(zhì)吸收而轉(zhuǎn)化為熱能。超聲波的能量衰減程度會(huì)隨著物質(zhì)的致密性增加而增加。

3.2 擴(kuò)散損耗

超聲波在傳輸過(guò)程中波陣面不斷擴(kuò)大，造成單位面積上的能量減小，波陣面上的平均功率密度減小，表現(xiàn)為聲強(qiáng)的衰減，所以超聲波的能量隨著超聲波在物質(zhì)中的傳播距離的增加而減弱。隨著距離的衰減而加強(qiáng)。

3.3 散射損耗

超聲波在傳播過(guò)程中，遇到不同介質(zhì)時(shí)，將發(fā)生散射，從而損失超聲波的能量，散射主要發(fā)生在介質(zhì)的粗大晶粒表面。由于晶粒排列不規(guī)則，在傾斜的界面上發(fā)生反射、折射等，導(dǎo)致能量損耗。

4 超聲波在紙張和布料不同介質(zhì)中的能量衰減對(duì)比圖

圖3中測(cè)量點(diǎn)為“”表示紙張圖線，對(duì)超聲波的衰減特別大，有一層紙（紙張厚度d1=0.040 mm/層）已經(jīng)將同樣大小的超聲波，差不多已損失殆盡，而另一測(cè)量點(diǎn)為“■”圖線表示的是布料（布料厚度d2=0.041 mm/層），則衰減比較緩慢，隨著厚度的增加，兩種介質(zhì)對(duì)超聲波的衰減趨勢(shì)將變得緩慢。

在研究中通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)超聲波在不同的介質(zhì)中能量的衰減變化不相同，超聲波會(huì)隨著材料的材質(zhì)，還有物質(zhì)的厚度發(fā)生變化，并且會(huì)有超聲波次極大值的出現(xiàn)，在超聲波測(cè)量當(dāng)中要嚴(yán)格地把握材料的相似性。有些沒(méi)有辦法避免的因素，應(yīng)該用控制變量的方法，得出每一個(gè)影響超聲波能量的因素。

超聲波在介質(zhì)傳播過(guò)程中，伴隨著介質(zhì)形變、壓縮、溫度升高等一些現(xiàn)象，并且在介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)摩擦，使得超聲波的能量減弱，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，超聲波在不同的物質(zhì)中，它的衰減程度不相同，在均勻致密的物質(zhì)衰減的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在不均勻稀疏的物質(zhì)，這其中吸收損耗占主要作用，但是隨著介質(zhì)厚度的增加，能量衰減曲線的變化變得非常緩慢，這時(shí)起主要作用的是擴(kuò)散損耗，當(dāng)介質(zhì)的厚度到達(dá)一定程度，能量曲線就變得很微弱了，散射損耗的損失就加大了，占了損耗的大部分。所以超聲波在介質(zhì)中的能量損失是有幾種損失共同作用的結(jié)果，隨著材料的不同、結(jié)構(gòu)的不同，發(fā)生著變化。

參考文獻(xiàn)

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篇8

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于單片機(jī)的壓電式超聲波測(cè)距儀(前向通道),該系統(tǒng)可應(yīng)用于汽車(chē)倒車(chē)、霧天行車(chē)、水深測(cè)量等距離不易測(cè)量的環(huán)境。文章概述了超聲檢測(cè)的發(fā)展及基本原理,介紹超聲傳感器的原理及特性,并且在介紹超聲測(cè)距系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,提出了系統(tǒng)的總體構(gòu)成。

一、超聲波測(cè)距儀系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

(一)超聲波測(cè)距儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)設(shè)計(jì)要求,該控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖1。

系統(tǒng)由四個(gè)主要功能模塊組成:傳感器發(fā)送-接收模塊、穩(wěn)壓電源模塊,信號(hào)處理模塊,單片機(jī)控制模塊。通過(guò)測(cè)量不同方向的傳感器的信號(hào),經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路,由單片機(jī)控制計(jì)算出與障礙物的距離,從而達(dá)到測(cè)距目的。

(二)超聲波傳感器測(cè)量

超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波,在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),超聲波在空氣中傳播,途中碰到障礙物就立即返回來(lái),超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s,根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t,就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s),即:s=340t/2 。這就是所謂的時(shí)間差測(cè)距法。

(三)超聲波測(cè)距儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1. 傳感器選擇

(1)超聲波發(fā)生器 。為了研究和利用超聲波,人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制成了許多超聲波發(fā)生器?？傮w上講,超聲波發(fā)生器可以分為兩大類(lèi):一類(lèi)是用電氣方式產(chǎn)生超聲波,一類(lèi)是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等;機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同,因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。

(2)壓電式超聲波發(fā)生器原理 。壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào),其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí),壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振,并帶動(dòng)共振板振動(dòng),便產(chǎn)生超聲波。反之,如果兩電極間未外加電壓,當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí),將壓迫壓電晶片作振動(dòng),將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào),這時(shí)它就成為超聲波接收器了。

2.超聲波測(cè)距系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)

(1)40kHz 脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射。測(cè)距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用UCM40的壓電陶瓷傳感器,它的工作電壓是40kHz的脈沖信號(hào),這由單片機(jī)執(zhí)行程序來(lái)產(chǎn)生。

前方測(cè)距電路的輸入端接單片機(jī)P1.0端口,單片機(jī)執(zhí)行上面的程序后,在P1.0 端口輸出一個(gè)40kHz的脈沖信號(hào),經(jīng)過(guò)三極管T放大,驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭UCM40T,發(fā)出40kHz的脈沖超聲波,且持續(xù)發(fā)射200ms。右側(cè)和左側(cè)測(cè)距電路的輸入端分別接P1.1和P1.2端口,工作原理與前方測(cè)距電路相同。

(2)超聲波的接收與處理。接收頭采用與發(fā)射頭配對(duì)的UCM40R,將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?hào),經(jīng)運(yùn)算放大器IC1A和IC1B兩極放大后加至IC2。IC2是帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊LM567,內(nèi)部的壓控振蕩器的中心頻率f0=1/1.1R8C3,電容C4決定其鎖定帶寬。調(diào)節(jié)R8在發(fā)射的載頻上,則LM567 輸入信號(hào)大于25mV,輸出端8腳由高電平躍變?yōu)榈碗娖?作為中斷請(qǐng)求信號(hào),送至單片機(jī)處理。

前方測(cè)距電路的輸出端接單片機(jī)INT0端口,中斷優(yōu)先級(jí)最高,左、右測(cè)距電路的輸出通過(guò)與門(mén)IC3A的輸出接單片機(jī)INT1端口,同時(shí)單片機(jī)P1.3和P1.4接到IC3A的輸入端,中斷源的識(shí)別由程序查詢(xún)來(lái)處理,中斷優(yōu)先級(jí)為先右后左。(程序參見(jiàn)附件源程序)

(3)計(jì)算超聲波傳播時(shí)間。在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0,利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí),接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變,在INT0或INT1端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào),單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求,執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序,讀取時(shí)間差,計(jì)算距離。(程序參見(jiàn)附件源程序)

(4) 超聲波測(cè)距系統(tǒng)誤差分析。通過(guò)對(duì)所要求測(cè)量范圍0-100m內(nèi)的平面物體做了多次測(cè)量發(fā)現(xiàn),其最大誤差為0.5cm,且重復(fù)性好?？梢?jiàn)基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、測(cè)量誤差小等特點(diǎn)。

二、 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)軟件分為兩部分:主程序和中斷服務(wù)程序。主程序完成初始化工作、各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制。定時(shí)中斷服務(wù)子程序完成三方向超聲波的輪流發(fā)射,外部中斷服務(wù)子程序主要完成時(shí)間值的讀取、距離計(jì)算、結(jié)果的輸出等工作。

篇9

關(guān)鍵詞： 超聲波傳感器 原理 應(yīng)用

1.引言

隨著自動(dòng)化等新技術(shù)的發(fā)展，傳感器的使用數(shù)量越來(lái)越大，一切現(xiàn)代化儀器、設(shè)備都離不開(kāi)傳感器。在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，用各種傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，如溫度、壓力、流量，等等，以便使設(shè)備工作在最佳狀態(tài)，產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。

20世紀(jì)中葉，人們發(fā)現(xiàn)某些介質(zhì)的晶體（如石英晶體、酒石酸鉀鈉晶體、PZT晶體等）在高電壓窄脈沖作用下，能產(chǎn)生較大功率的超聲波。它與可聞聲波不同，可以被聚焦，能用于集成電路的焊接、顯像管內(nèi)部的清洗；在檢測(cè)方面，利用超聲波有類(lèi)似于光波的折射、反射的特性，制作超聲波納探測(cè)器，可以用于探測(cè)海底沉船、敵方潛艇，等等。

現(xiàn)在超聲波已經(jīng)滲透到我們生活中的許多領(lǐng)域，例如B超、遙控、防盜、無(wú)損探傷，等等。

2.超聲波的概念

人們能聽(tīng)到聲音是由于物體振動(dòng)產(chǎn)生的，它的頻率在20Hz―20kHz范圍內(nèi)，稱(chēng)為可聞聲波。低于20Hz的機(jī)械振動(dòng)人耳不可聞，稱(chēng)為次聲波；高于20kHz的機(jī)械振動(dòng)稱(chēng)為超聲波，常用的超聲波頻率為幾十kHz至幾十MHz。

超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）和縱向振蕩（縱波）。工業(yè)中的應(yīng)用常采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，但傳播速度不同。另外，它也有折射和反射現(xiàn)象，且在傳播過(guò)程中有衰減。在空氣中傳播超聲波頻率較低，一般為幾十kHz，但衰減較快；在固體、液體中傳播頻率較高，但衰減較小，傳播較遠(yuǎn)。

3.超聲波的特點(diǎn)

超聲波的指向性好，不易發(fā)散，能量集中，因此穿透本領(lǐng)大，在穿透幾米厚的鋼板后，能量損失不大。超聲波在遇到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，這一現(xiàn)象類(lèi)似于光波。超聲波的頻率越高，其聲場(chǎng)指向性就越好，與光波的反射、折射特性就越接近。利用超聲波的特性，可做成各種超聲波傳感器，配上不同的電路，制成各種超聲波測(cè)量?jī)x器及裝置，并在通信、醫(yī)療、家電等各方面得到廣泛應(yīng)用。

4.超聲波傳感器的原理

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器，由發(fā)送傳感器、接收傳感器、控制部分與電源部分組成。發(fā)送器傳感器由發(fā)送器與使用直徑為15mm左右的陶瓷振子換能器組成，換能器的作用是將陶瓷振子的電振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成超能量并向空中輻射；接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收波產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對(duì)發(fā)送的超聲波進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)際使用中，用作發(fā)送傳感器的陶瓷振子也可用作接收器傳感器上的陶瓷振子?？刂撇糠种饕獙?duì)發(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比、稀疏調(diào)制和計(jì)數(shù)及探測(cè)距離等進(jìn)行控制。超聲波傳感器電源可用DC12V±10%或24V±10%。

5.超聲波探頭

超聲波換能器又稱(chēng)超聲波探頭。超聲波換能器有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數(shù)種，在檢測(cè)技術(shù)中主要采用壓電式。由于其結(jié)構(gòu)不同，換能器又分為直探頭、斜探頭、雙探頭、表面波探頭、聚焦探頭、沖水探頭，等等。本文以固體傳導(dǎo)介質(zhì)為例，簡(jiǎn)要介紹以下三種探頭。

（1）單晶直探頭。俗稱(chēng)直探頭，其壓電晶片采用PZT壓電陶瓷制作。發(fā)射超聲波時(shí)，將500V以上的高壓電脈沖加到壓電晶片上，利用逆壓電效應(yīng)，使晶片發(fā)射出一束頻率落在超聲波范圍內(nèi)、持續(xù)時(shí)間很短的超聲振動(dòng)波，垂直投射到試件內(nèi)。假設(shè)該試件為鋼板，而其底面與空氣交界，到達(dá)鋼板底部的超聲波絕大部分能量被底部界面所反射。反射波經(jīng)過(guò)一短暫的傳播時(shí)間回到壓電晶片。再利用壓電效應(yīng)，晶片將機(jī)械振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成同頻率的交變電荷和電壓。

（2）雙晶直探頭。由兩個(gè)單晶探頭組合而成，裝配在同一個(gè)殼體內(nèi)，其中一片晶片發(fā)射超聲波，另一片晶片接收超聲波。雙晶探頭的結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜一些，但檢測(cè)精度比單晶直探頭高，且超聲信號(hào)的反射和接收的控制電路較單晶直探頭簡(jiǎn)單。

（3）斜探頭。有時(shí)為使超聲波能傾斜入射到被測(cè)介質(zhì)中，可選用斜探頭。壓電晶片粘貼在與底面成一定角度的有機(jī)玻璃斜楔塊上。當(dāng)斜楔塊與不同材料被測(cè)介質(zhì)接觸時(shí)，超聲波產(chǎn)生一定角度的折射，傾斜入射到試件中去，折射角可通過(guò)計(jì)算求得。

6.超聲波傳感器的應(yīng)用

超聲波傳感器應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的不同方面，而醫(yī)學(xué)應(yīng)用是其最主要的應(yīng)用之一。超聲波在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用主要是診斷疾病，它已經(jīng)成為臨床醫(yī)學(xué)中不可缺少的診斷方法。超聲波診斷的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)受檢者無(wú)痛苦、無(wú)損害，方法簡(jiǎn)便，顯像清晰，診斷的準(zhǔn)確率高，等等，因而受到醫(yī)務(wù)工作者和患者的歡迎。超聲波診斷是利用超聲波的反射原理，當(dāng)超聲波在人體組織中傳播遇到兩層聲阻抗不同的介質(zhì)界面時(shí)，在該界面就產(chǎn)生反射回聲。每遇到一個(gè)反射面時(shí)，回聲在示波器的屏幕上顯示出來(lái)，而兩個(gè)界面的阻抗差值也決定了回聲振幅的高低。

在工業(yè)方面，超聲波的典型應(yīng)用是對(duì)金屬的無(wú)損探傷、超聲波測(cè)厚和測(cè)量液位等。過(guò)去，許多技術(shù)因?yàn)闊o(wú)法探測(cè)到物體組織內(nèi)部而受到阻礙，超聲波傳感器的出現(xiàn)改變了這種狀況。超聲波探測(cè)既可檢測(cè)材料表面的缺陷，又可檢測(cè)材料內(nèi)部幾米深的缺陷。當(dāng)然更多的超聲波傳感器是固定地安裝在不同的裝置上，“悄無(wú)聲息”地探測(cè)人們所需要的信號(hào)。

超聲波測(cè)量液位的基本原理是：由超聲探頭發(fā)出的超聲脈沖信號(hào)在氣體中傳播，遇到空氣與液體的界面后被反射，接收到回波信號(hào)后計(jì)算其超聲波往返的傳播時(shí)間即可換算出距離或液位高度。超聲波測(cè)量方法有許多其他方法不可比擬的優(yōu)點(diǎn)：（1）無(wú)任何機(jī)械傳動(dòng)部件，也不接觸被測(cè)液體，屬于非接觸式測(cè)量，不怕電磁干擾、酸堿等強(qiáng)腐蝕性液體等，因此性能穩(wěn)定、可靠性高、壽命長(zhǎng)；（2）響應(yīng)時(shí)間短，可以方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)滯后的實(shí)時(shí)測(cè)量。

7.結(jié)語(yǔ)

超聲波傳感器應(yīng)用起來(lái)原理簡(jiǎn)單，也很方便，成本也很低。但是目前的超聲波傳感器都有一些缺點(diǎn)，比如反射問(wèn)題、噪音問(wèn)題、交叉問(wèn)題，等等。本文簡(jiǎn)要介紹了超聲波的概念、特點(diǎn)，分析了超聲波傳感器的原理，并給出了超聲波傳感器的幾種典型應(yīng)用，對(duì)今后對(duì)超聲波傳感器的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究有一定的參考價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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篇10

關(guān)鍵詞：超聲波 風(fēng)速風(fēng)向 時(shí)差法

中圖分類(lèi)號(hào)：TP274.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）007-104-03

1 引言

近幾年，用超聲波實(shí)現(xiàn)風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)一直是個(gè)炙手可熱的課題，目前該技術(shù)在國(guó)外已應(yīng)用的非常成熟，而在國(guó)內(nèi)該技術(shù)用于測(cè)風(fēng)領(lǐng)域還處于發(fā)展階段。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的自動(dòng)氣象站在測(cè)風(fēng)領(lǐng)域大都仍采用傳統(tǒng)的機(jī)械式測(cè)風(fēng)技術(shù)，超聲波測(cè)風(fēng)技術(shù)未得到廣泛應(yīng)用。近些年，隨著國(guó)外超聲波測(cè)風(fēng)設(shè)備的流入，國(guó)內(nèi)超聲波測(cè)風(fēng)的設(shè)備幾乎都被國(guó)外廠家占據(jù)，而國(guó)內(nèi)廠家仍未生產(chǎn)出成熟的超聲波測(cè)風(fēng)設(shè)備。隨著氣象站在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，超聲波測(cè)風(fēng)設(shè)備由于其具有傳統(tǒng)機(jī)械式測(cè)風(fēng)設(shè)備所不具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，必將占據(jù)更大的市場(chǎng)份額。鑒于此，本文設(shè)計(jì)的超聲波風(fēng)速風(fēng)向測(cè)試儀具有量程寬、精確度高的優(yōu)點(diǎn)，且能快速應(yīng)用于自動(dòng)氣象站。

2 超聲波時(shí)差法測(cè)風(fēng)原理

超聲波在空氣中傳播時(shí)，順風(fēng)與逆風(fēng)方向傳播存在一個(gè)速度差，當(dāng)傳播固定的距離時(shí)，此速度差反映成一個(gè)時(shí)間差，這個(gè)時(shí)間差與待測(cè)風(fēng)速具有線性關(guān)系。

對(duì)于特定風(fēng)向傳播（如東西方向或南北方向），可選用一對(duì)收發(fā)一體的超聲波探頭，保證兩探頭距離不變，按東西或南北方向放置，以固定頻率順序發(fā)射超聲波，測(cè)量?jī)蓚€(gè)方向上超聲波到達(dá)時(shí)間，由此得到順風(fēng)的傳播速度和逆風(fēng)的傳播速度，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)處理?yè)Q算即可得到風(fēng)速值。

具體原理圖見(jiàn)圖1，首先1探頭作為發(fā)射探頭，2探頭作為接收探頭，進(jìn)行測(cè)量時(shí)得到一個(gè)時(shí)間，然后2探頭作為發(fā)射探頭，1探頭作為接收探頭得到相對(duì)方向上的另一個(gè)時(shí)間。

圖1 超聲波風(fēng)速、風(fēng)向測(cè)量原理圖

設(shè)南北（或東西） 兩超聲收發(fā)器的距離為d，順風(fēng)傳輸時(shí)間為t12，逆風(fēng)傳輸時(shí)間為t21，風(fēng)速為Vw，超聲波傳播速度為Vc，可得：

=Vc+Vw

=Vc-Vw

化簡(jiǎn)可得：Vw= （-） （1）

該方法能準(zhǔn)確測(cè)得單一方向的風(fēng)速。

3 二維風(fēng)速、風(fēng)向測(cè)量原理

圖2 風(fēng)速、風(fēng)向測(cè)量坐標(biāo)圖

設(shè)南北（或東西） 兩超聲收發(fā)器的距離均為d，兩對(duì)順、逆?zhèn)鞑r(shí)間t12、t21，t34、t43，設(shè)t12為由西到東，t21為由東到西，t34為南到北，t43為由北到南，風(fēng)速為VW，東西為VWx，南北為VWy，超聲波傳播速度為VC。根據(jù)公式⑴可求得：

東西方向上風(fēng)速為：Vwx= （-）

同理可求得南北方向上風(fēng)速為VWy：VWy= （-）

進(jìn)而得出風(fēng)速VW與VWx、Vwy的關(guān)系式：VWx2=+VWy2

代入化簡(jiǎn)可得風(fēng)速：Vw= （2）

風(fēng)向 公式：cos = 設(shè)正東方向?yàn)?G度按逆時(shí)針?lè)较蛟龃蟆?/p>

將東西方向上風(fēng)速及公式⑵求得風(fēng)速代入可得：

化簡(jiǎn)并求反函數(shù)： （3）

隨著風(fēng)向從0-360變簧得風(fēng)向如下菇⑷＃

（4）

4 超聲波風(fēng)速風(fēng)向測(cè)試儀的實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)中使用的超聲波探頭為美國(guó)AIRMAR公司的AT200（200khz）探頭，探頭推薦的接收范圍為10cm～2m，典型應(yīng)用為12cm～2m。為使測(cè)試儀結(jié)構(gòu)小巧，四個(gè)探頭分別在東、西、南、北方向進(jìn)行V型等距安裝，距離設(shè)置為12cm，這樣既可以保證超聲波探頭接收精度，又使結(jié)構(gòu)靈活小巧。

V型安裝測(cè)風(fēng)原理框圖如圖3所示。

圖3 V型安裝測(cè)風(fēng)原理圖

t12為傳感器a發(fā)出的超聲波信號(hào)到傳感器b接收到的順風(fēng)傳播時(shí)間；

t21為傳感器b發(fā)出的超聲波信號(hào)到傳感器a接收到的逆風(fēng)傳播時(shí)間；

設(shè)L為超聲波信號(hào)從傳感器a傳播到傳感器c的傳播距離（a―b―c），可得：

t12 = ；

t21 = ；

式中：X為徑向距離，單位：m；C為氣體聲速，單位：m/s；

V為風(fēng)速，單位：m/s；L為超聲波傳播距離，單位：m。

氣體速度V可得：

V = * ；

可得聲速C：

C = * ；

4.1 超聲波風(fēng)速風(fēng)向測(cè)試儀的硬件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的測(cè)試儀，收發(fā)超聲波傳感器間的傳輸距離為12cm，聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，則超聲波從發(fā)送到接收所需傳輸時(shí)間為0.353ms，因此在設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)必須要有較快的測(cè)量精度及處理能力。

為提高風(fēng)速風(fēng)向測(cè)試儀的檢測(cè)精度，處理器選用dsPIC33F系列單片機(jī)，該單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘最高可設(shè)置為40MHZ，檢測(cè)時(shí)間精度最高可達(dá)0.025us，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

超聲波風(fēng)速風(fēng)向測(cè)試儀硬件模塊主要有超聲波傳感器、超聲波發(fā)送驅(qū)動(dòng)及接收處理電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、FLASH、RS485、AD采樣、探頭溫度測(cè)量電路、探頭加熱電路等。系統(tǒng)方框圖如圖4所示。

各模塊功能描述：

（1）超聲波傳感器模塊：由超聲波傳感器和超聲波發(fā)送驅(qū)動(dòng)、接收處理電路組成。超聲波發(fā)送驅(qū)動(dòng)將單片機(jī)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)發(fā)送給超聲波探頭發(fā)射；超聲波接收探頭接收到超聲波信號(hào)后，由接收處理電路進(jìn)行信號(hào)濾波、信號(hào)放大及電壓比較電路等，通過(guò)IO引腳產(chǎn)生中斷輸入到單片機(jī)。

（2）超聲波收發(fā)控制模塊：選擇當(dāng)前工作的收發(fā)探頭，發(fā)射、接收脈沖信號(hào)，測(cè)量超聲波脈沖的接收時(shí)間，并計(jì)算風(fēng)速、風(fēng)向值。

（3） FLASH：用于保存測(cè)試儀的設(shè)置參數(shù)及風(fēng)速、風(fēng)向的測(cè)量數(shù)據(jù)。

（4）RS485：用于與計(jì)算機(jī)通信，便于用戶(hù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、獲取及修改設(shè)備參數(shù)。

（5） AD與測(cè)溫電路：用于測(cè)量超聲波傳感器探頭表面溫度。

（6）加熱模塊：在工作溫度較低的環(huán)境下，用于給四個(gè)超聲波傳感器加熱，防止探頭表面結(jié)冰，影響測(cè)試儀測(cè)量。

4.2 超聲波風(fēng)速風(fēng)向測(cè)試儀的軟件設(shè)計(jì)

4.2.1 超聲波收發(fā)控制

在風(fēng)速采樣過(guò)程中，超聲波收發(fā)控制模塊通過(guò)電子開(kāi)關(guān)，先打開(kāi)超聲波傳感器探頭1的發(fā)、探頭3的收通道，同時(shí)由產(chǎn)生占空比為1：1的10個(gè)脈沖，通過(guò)探頭1發(fā)送出去，在發(fā)送第1個(gè)脈沖后，開(kāi)啟超聲波信號(hào)接收計(jì)時(shí)；在探頭3收到超聲波脈沖后，讀取測(cè)得計(jì)時(shí)器的時(shí)間t13，關(guān)閉當(dāng)前的超聲波收、發(fā)通道。接著打開(kāi)探頭3的發(fā)，探頭1的收，測(cè)量t31的時(shí)間；之后，探頭2、探頭4重復(fù)探頭1、探頭3的測(cè)量步驟，測(cè)量t24、t42的時(shí)間。

超聲波探頭的收發(fā)控制流程如圖5所示。

4.2.2 風(fēng)速、風(fēng)向值計(jì)算

為能準(zhǔn)確獲取每秒風(fēng)速、風(fēng)向的實(shí)際值，測(cè)試儀中風(fēng)速、風(fēng)向的采樣率為4Hz，并把每次采樣的風(fēng)速、風(fēng)向值記錄下來(lái)，在4次采樣完成后，求平均值，得到的平均值即為當(dāng)前秒的風(fēng)速、風(fēng)向值。為提高風(fēng)速、風(fēng)向的測(cè)量精度，設(shè)置風(fēng)速、風(fēng)向平均值的計(jì)算時(shí)間（1-3600s），獲取某段時(shí)間內(nèi)的風(fēng)速、風(fēng)向值，并將測(cè)量數(shù)據(jù)上報(bào)。

風(fēng)速、風(fēng)向值的計(jì)算流程圖如圖6所示。

4.2.3 加熱控制

為降低設(shè)備功耗，探頭加熱控制只在加熱使能打開(kāi)后，才進(jìn)行溫度加熱監(jiān)控，加熱監(jiān)控間隔時(shí)間為15秒。當(dāng)探頭溫度低于4度時(shí)，加熱控制開(kāi)關(guān)打開(kāi)，加熱電路為四個(gè)探頭加熱；當(dāng)探頭溫度高于4度時(shí)，加熱控制開(kāi)關(guān)關(guān)閉。

加熱控制流程圖如圖7所示。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5.1 模擬風(fēng)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)

在前期設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用空氣壓縮機(jī)向壓縮罐內(nèi)壓縮一定壓力的空氣，再通過(guò)控制壓縮罐的放氣開(kāi)關(guān)來(lái)模擬0～60m/s的風(fēng)場(chǎng)測(cè)試環(huán)境。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，該環(huán)境產(chǎn)生的風(fēng)在一定時(shí)間內(nèi)基本能夠穩(wěn)定，可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)模擬環(huán)境的需要。

在模擬風(fēng)場(chǎng)環(huán)境下，主要與計(jì)量中心計(jì)量合格的德國(guó)lufft氣象站的風(fēng)速測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比。測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 測(cè)量數(shù)據(jù) 表2 計(jì)量數(shù)據(jù)

5.2 氣象局計(jì)量中心計(jì)量數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2）

測(cè)試結(jié)果符合氣象計(jì)量中心對(duì)風(fēng)速測(cè)試設(shè)備的指標(biāo)要求。

6 結(jié)論

超聲波風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)設(shè)備以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在氣象行業(yè)、農(nóng)林水利、電力環(huán)境、海洋環(huán)境等領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)超聲波測(cè)風(fēng)設(shè)備主要從國(guó)外，價(jià)格高昂。

本文設(shè)計(jì)的超聲波風(fēng)速、風(fēng)向測(cè)試儀在提高測(cè)試儀穩(wěn)定性、可靠性、精度的同時(shí)，也高度重視設(shè)備的功耗。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)測(cè)試及計(jì)量中心測(cè)試，證明了該超聲波風(fēng)速、風(fēng)向測(cè)試儀的精度及可靠性，且本文設(shè)計(jì)的風(fēng)速、風(fēng)向測(cè)試儀與國(guó)內(nèi)外同行產(chǎn)品相比，功耗較低（0.2w）、性?xún)r(jià)比高。

在人機(jī)交互方面，通過(guò)R485通信接口，可進(jìn)行參數(shù)配置及風(fēng)速補(bǔ)償，并能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及查詢(xún)測(cè)量記錄，應(yīng)用比較靈活。該超聲波風(fēng)速、風(fēng)向測(cè)試儀進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)后，必將給市場(chǎng)帶來(lái)一定的沖擊。

參考文獻(xiàn)：

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