激光超声检测技术及其工业应用前景
激光超声检测技术及其工业应用前景
周益军1,张永康2,周建忠2,冯爱新2
(1.扬州职业大学,江苏扬州225009;2.江苏大学,江苏镇江212013)
摘 要:阐述了激光超声的基本理论,综述了激光超声检测技术的发展,重点介绍了激光超声检测技术在工业中的相关应用,如:材料性质的无损评价、对复合材料构件进行评估、在高温有辐射等恶劣环境下对样品进行检测、非接触测量固体材料厚度等。对激光超声应用于纳米材料中的研究概况也作了简要说明。同时指出了激光超声检测技术的工业应用前景。
关键词:激光超声;检测技术;工业应用中图分类号:TN 249
文献标识码:A
文章编号:1008-3693(2005)03-0050-04
The Laser U ltrasonic Detection T echnology and
Its Applied Prospect in Industry
ZHOU Yi 2jun 1,ZHAN G Y ong 2kang 2,ZHOU Jian 2zhong 3,FEN G Ai 2xin 4
(1.Y angzhou Polytechnic College ,Y angzhou 225009,China ;2.Jiangsu University ,Zhenjiang 212013,China )
Abstract :In this article ,the basic theory of laser ultrasonic is discussed ,and the development of laser ul 2trasonic detection technology is summarized as well ,with focus on its related application to industry.Mean 2while ,a brief explanation of the application of laser ultrasound to mano 2structured materials is given and the applied prospect of the laser ultrasonic detection technology is indicated here.K ey w ords :laser ultrasound ;detection technology ;application in industry
激光超声技术的研究始于1962年,White 和Aakaryan 各自论证了用脉冲激光束在固体和液
体中激发出声波的方法。接着,White 和Aakaryan 观察了强激光在固体中产生的爆炸波(L SD 波)和在大气中产生的燃烧波(L SC 波),都会随时间和距离的增加而衰变成声波[1,2]。激光超声是超声学新近发展起来的一个分支,是涉及光学、声学、电学、材料学等学科的交叉学科[3]。1 激光超声检测技术简介
对于激光产生超声机理的研究,目前学术界认同热弹膨胀理论。所谓激光超声检测技术,即
用强度调制的激光束射入闭合的介质空间时可产生声波,通过对这种波的检测来达到对材料性质
的无损评价、对复合材料构件进行评估等的应用技术。利用激光脉冲来激发超声脉冲,不仅是非接触的,而且可以重复产生很窄的超声脉冲,在时间和空间都具有极高的分辨率。还可以在不同形状的试样中激发超声,可以在高温、高压、有毒、放射性等各种恶劣环境下进行超声检测。它适合于超薄材料的检测和物质微结构的研究,因此激光超声技术以其优异特性而得到迅速发展并被关注[4]。激光超声检测技术的工业应用情景广阔。国内外就激光超声检测技术的应用已大量的报
收稿日期:2005-06-08
第一作者简介:周益军(1966-),男,扬州职业大学机械工程系讲师,江苏大学博士研究生。
第9卷第3期2005年9月
扬州职业大学学报
Journal of Y angzhou Polytechnic College Vol.9 No.3Sep.2005
导。加拿大C.K.Jen等人在2003年运用该技术在线监控Mg合金的模具铸造过程[5]。法国G. Rosa等已将超声检测技术应用于检测金属表面氧化物涂层与金属基体的结合强度[6]。L.Kehoe (爱尔兰)等将上述技术应用于无损检测样品中铝基陶瓷的含量[7]。下面简要介绍激光超声检测技术的相关工业应用。
2 激光超声检测技术的工业应用
2.1 材料性质的无损评价
极短的激光脉冲可以激发出极短的超声脉
冲。通过对衍射超声波渡越时间差的分析,可以非常准确地确定各种缺陷、包括各种体缺陷和表面缺陷的位置,其精度可优于0.1mm[8]。在这种检测系统中,最引人注目的系统之一,就是L G AP 与光探针相结合所构成的全光学检测系统。实验表明,用这种全光学系统对亚表面缺陷进行检测,除可探知缺陷的存在,确定缺陷的位置外,还可探知缺陷附近的脉冲模式转换,进而可弄清缺陷的详细情况[9]。例如,美国哈里?戴蒙实验室的一个研究小组利用这种实验系统对弹壳进行实验,检测出了小于弹壳临界尺寸一半的缺陷。美国斯坦福大学、加拿大的Qeen’s大学和物理冶金研究室等均做过类似的工作[9]。将L G AP与光探针相结合,能很容易地探测到亚表面的缺陷,实现高精度无损检测。
2.2 在高温有辐射等环境下对样品进行检测
激光超声的非接触式激发与接收,以及无损、非侵入性等特点,使得其特别适合于在恶劣的环境下(如高温、高压、高湿、有毒、酸、碱及检测环境或被测工件存在核辐射、强腐蚀性和化学反应等)对工件进行在线检测。这一方面的应用研究较多,如:德国的Keck等[10]利用准分子激光作为超声波的激发源,利用Nd:YA G激光接收,在热轧无缝钢管(管长5.5m～12m,温度1230℃,延伸速度2m/s)生产线上成功地进行了管坯壁厚均匀性的在线检测;美国EG&G公司的M.H.O Brien 等[11]利用激光超声对核反应堆中的石墨特性进行了分析;可测范围在15mm～25mm;德国的M. Paul等[12]利用激光超声实现了对铝
、陶瓷和钢在高温下(温度达1400℃)的材料特性测定。2.3 对复合材料构件进行评估
激光超声检验系统用激光束在复合材料中产生超声波并探测超声波。在洛克希德?马丁公司的1000万美元的激光超声检验技术中心的检验系统中(见图1),有2个激光器,一个激光器通过热弹性膨胀的机理在复合材料中产生超声,在此过程,在构件表面之上10μm～100μm范围内激光能转变成热,温度的升高使材料产生局部膨胀。如果激光器加热的速度快(10ns～100ns),膨胀将在超声频率范围内(1MHz～10MHz)进行,超声将垂直于表面进行传播而与激光的入射角无关。
图1 用激光超声检测系统对复合材料制造的
F-22飞机气道进行检验的情况[13]
这一特点的意义在于:激光束可以从与轴线成45度角入射而在形状复杂构件中产生超声,而传统的水浸系统,入射角必须保持在3度内才能产生超声。在传统的脉冲回波(单侧)试验中,当换能器偏离表面的法线时,声音就不能回到换能器,使检验无效。
第2个激光器与生成激光器同轴,用来探测当声波回到构件表面上部时由于超声引起的振动。这一激光器的光从复合材料表面散射出去,并用干涉仪萃取“加印”在激光上的超声信号进行分析。这种超声信号是由于移动被探测表面引起的相位及频率调制而“加印”在激光上的。
虽然被测表面只移动几个纳米,超声仪就能测出这些微小的振动。从探测激光器萃取的信号与用传统的超声系统的基本一样。这就是说,任何一位取得认证的超声操作技术人员都能马上诠释激光超声检验系统的信号,正如诠释传统的脉冲回波系统的信号一样。该系统能有效检测复合材料的许多层合板上有无缺陷存在。对构件进行
15
第3期周益军等:激光超声检测技术及其工业应用前景
扫描时,技术人员可用光学扫描器在复合材料表面对两个激光束进行标定。激光束与构件的距离一般为1.8m 或1.8m 以上,可一次检测1.5m ×1.5m 的面积[13]。
2.4 非接触测量固体材料厚度
在固体中激光超声的发生,起因于光波列与物质材料的相互作用,图2为激光超声的基本原理图。激光器1将波长很短的高能量光脉冲辐射到被测材料上,由于光波列干涉在材料表面形成
激波阵面,该阵面先改变材料表面激发出频率很高的超声,这种超声的最高频率可达几十兆赫。在该系统中超声接收由激光器2和干涉仪完成。
激光器2是连续激光器,在整个检测期间
,始终辐射到材料表面上。当钢板中有超声波时,激光器2的反射光由于超声脉冲产生的表面振动而发生多普勒频移,产生频移的激光经F -P 干涉仪后变为强度的变化。这样,钢板表面超声波脉冲的存在由通过F -P 干涉仪后的光脉冲来表征,并在示波器上显示出来。示波器上显示的脉冲序列与钢板表面指数衰减的超声波脉冲序列相对应。因此,脉冲之间的时间间隔为超声波脉冲在钢板两表面往返一次的时间。所以待测钢板厚度d 为:d =v.Δt/2。
图2 基本原理图[14]
其中v 为钢板中超声波的传播速度。对不同材料,在不同条件下的超声波传播速度v 可以
从材料手册中查出,Δt 为示波器上两脉冲之间的时间间隔
[14]
。
2.5 激光超声检测与纳米材料
由于纳米材料的制备比较困难,制成的样品厚度一般在几十个微米到几百个微米之间,用传统的超声方法很难测到纳米材料的声学参量,而
激光超声技术能提供灵活的声源,点接收(球面波
近似)和大面积接收(平面波近似)两种限定情况
下,可得到准确的声速和声衰减,在研究薄层固体上非常方便。在激光超声应用于纳米材料的研究工作方面,国外报道极少。1993年同济大学的钱梦马录[15]等首先将激光超声技术应用到对纳米材料的分析上。得出了声速与制备纳米材料时的压力、温度的关系。利用激光超声技术对纳米铜、ZrO2和Al2O3纳米陶瓷的声速及相应的杨氏模量进行测定。3 工业应用前景
激光超声检测技术20年来取得了许多令人瞩目的成就,而且已经出现广阔的工业应用前景。以激光超声表面波为代表的用于微小缺陷检测的激光技术的研究,是目前国际学术界的一个研究热点,日益成为超声工程和无损检测领域的一个重要内容。通过开发研制可以检测微米级微裂纹的非接触式的测量仪器,可以用于飞机的引擎、机翼和电站的主轴等主要零部件以及为核设施中的关键零部件的早期失效所产生的微裂纹的实时检测提供有效的检验手段。这不仅可以避免恶性事故的发生,而且还可以避免对贵重零部件按设计寿命进行的不必要的更换,以达到延长使用寿命和预见使用寿命的目的。作为实验仪器,不仅可以提供在微加工前对微结构进行检测的手段,提高加工成品的合格率,而且还可以用于微动疲劳的研究。通过研究微裂纹的扩展规律,可以极大地推动机械设计中疲劳设计理论和安全系数法设计理论的发展,具有很大的实用价值和应用情景。
激光微裂纹检测技术是微米/纳米测试技术的一个重要方面,将为微结构和微小零件的理论分析提供有力的手段,特别是对于物质表面和亚表面的物理化学特性的研究将起到推动作用。
激光超声检测技术可对材料的力学特性、工件的表面残余应力分布、汽车喷漆的厚度等可进行非接触的在线检测,大大提高了工业生产的效率。利用激光超声检测技术开发测距仪、汽车防撞系统也有很实用的应用情景。4 结束语
激光超声检测技术及其理论和实验研究都还不很深入,要将该技术大规模应用生产实践还有
25扬州职业大学学报第9卷
许多工作要做。首先,要进一步完善激光超声理论,开发有实用价值的各种激光检测系统。其次,开发研制可以检测微米级微裂纹的非接触式的测量仪器,并将其应用于工业生产。此外,将许多在实验室中开发的各种激光超声检测专用系统、专利转化成可利用的产品;降低系统的成本。
参考文献:
[1]A C TAM.Applications of photoacoustic sensing tech2
niques[J].Rev.Mod.Phys.,1986,58(2):81-431. [2]施德恒,陈玉科,孙金锋,等.激光超声技术及其在无
损检测中的应用概况[J].激光杂志,2004,25(5):1 -4.
[3]孟振庭.激光超声的热弹机理研究[J].西安交通大学
学报,2002,36(5):548-550.
[4]张晓春.激光超声技术及其应用[J].大学物理,1998,
17(2):40-42.
[5]C K J EN,J F MOISAN,C Q ZHEN G,et al.In-line
ultrasonic monitoring of semi2solid magnesium die casting process.Ultrasonics2004,41-777?784.
[6]G ROSA,R OL TRA,M H https://www.wendangku.net/doc/0719167167.html,ser induced de2
cohesion of coatings:probing by laser ultrasonics[J].Ul2 trasonics2002,40:765-769.
[7]L KEHOE,G CO YE,S MURRA G,et https://www.wendangku.net/doc/0719167167.html,ser ultra2
sonic surface wave ins pection of alumina ceramics of
varying density[J].Ultrasonics2000,38:508-512. [8]J COOPER,R DEWHURST,S PAIMER.Characteri2
zation of surface-breaking defects in materials with the use of laser-generated ultrasound[J].Phil.Trans.R.
S oc.Lond.A,1986,320(2):319-328.
[9]章肖融.激光产生短应力脉冲的研究相当活跃[J].
国际学术动态,1987,3(1):42-46.
[10]R KECK,B KRU GER,G COEN,etual.Wanddicken2
messung an1230℃heiben Rohrluppen miteinem neuarti2 gen Laser-Ultraschall-System[J].Stahlu.Eisen.
1987,107(22):63-66.
[11]M H O BRIEN,K L TEL SCHOW,J R KN IBLOE.
Analysis of as-machined nuclear geaphite parted using conventional and laser ultrasonic techniques[J].J.Nu2 clear Science and Technology.1992,29(4):378-387.
[12]M PAUL,B HABERER,W ARNOLD.Materials
characterization at high temperatures using laser ultra2 sound[J].Materials Science and Engineering,1993,68
(1):87-92.
[13]石林.复合材料构件的激光超声检验[J].航空工程
与维修,2002,(2):37-38.
[14]彭维新,田欣,常军,等.激光超声非接触测量固体材
料厚度的实验研究[J].山东科学,2000,13(2):44-
46.
[15]钱梦马录.激光超声检测技术及其应用[J].上海计量
测试,2003,30(1):4-7.
(上接第41页)
than real。所谓纯科学家和应用科学家的区分,与其说是实在的,不如说是表面的。
more than和rather than一样,它们强调的是than前面的部分。英文中的more than就如同数学中的独立、相关以及不等号方向这样的最基本的概念,因此,基本概念和基本技巧就显得非常重要。
参考文献:
[1]庄晋,周杰之.统计学[M].台北:专上图书有限公
司,1998.[2]华罗庚.高等数学引论[M].北京:科学出版社,
1979.
[3]钱歌川.翻译的技巧[M].新加坡:新加坡出版社
(台湾开明书店印行),1980.
[4]黄迅成.从“与其说…不如说….”含义的不同表达谈
起[J].英语辅导,1982,1(6):16-17.
[5]陈希孺.高等数理统计[M].合肥:中国科学技术大
学出版社,1999.
[6]RAO M M.Probability Theory with Applications[M].
New Y ork:Academic Press,1984.
[7]HUAN G X C.Teaching Notes:Analysis[M].Milwau2
kee:Marquette University,1988.
35
第3期周益军等:激光超声检测技术及其工业应用前景
超声波无损检测的发展
超声无损检测仪器的发展 超声检测仪器性能直接影响超声检测的可靠性，其发展与电子技术等相关学科的发展是息息相关的。计算机的介入，一方面提高了设备的抗干扰能力，另一方面利用计算机的运算功能，实现了对缺陷信号的定量、自动读数、自动识别、自动补偿和报警。20世纪80年代，新一代的超声检测仪器——数字化、智能化超声仪问世，标志着超声检测仪器进入一个新时代。 超声无损检测仪器将向数字化、智能化、图像化、小型化和多功能化发展。在第十三、十四世界无损检测会议仪器展览会、1996年中国国际质量控制技术与测试仪器展览会、1997年日本无损检测展览会等大型国际会议会展中，数字化、智能化、图像化超声仪最引人注目，显示了当今世界无损检测仪器的发展趋势。其中以德国Krauthammer公司、美国Panametrics公司、丹麦Force Institutes公司与美国PAC公司的产品最具代表性。真正的智能化超声仪应该是全面、客观地反映实际情况，而且可以运用频谱分析，自适应专家网络对数据进行分析，提高可靠性。提高超声检测中对缺陷的定位、定量和定性的可靠性也是超声检测仪器实现数字化、智能化急待解决的关键技术问题。 现代的扫查装置也在向智能化方向发展。扫查装置是自动检测系统的基础部分，检测结果准确性、可靠性都依赖于扫查装置。例如采用声藕合监视或藕合不良反馈控制方式提高探头与工件表面的耦合稳定度以及检测的可靠性。从20世纪90年代以来，出现的各种智能检测机器人，已经形成了机器人检测的新时代及工程检测机器人的系列与商业市场。例如日本东京煤气公司的蜘蛛型机器人，移动速度约60m/h ，重约140kg，采用16个超声探头可以对运行状态下的球罐上任意点坐标位置进行扫描。日本NKK公司研制的机器人借助管道内液体推力前进，可以测量输油管道腐蚀状况，其检测精度小于1mm。 丹麦Force研究所的爬壁机器人，重约10吨，采用磁吸附与预置磁条跟踪方式可检测各类大型储罐与船体的缺陷。 超声无损检测技术的发展 超声无损检测技术是国内外应用最广泛、使用频率最高且发展较快的一种无损检测技术, 体现在改进产品质量、产品设计、加工制造、成品检测以及设备服役的各个阶段和保证机器零件的可靠性和安全性上。世界各国出版的无损检测书
超声波检测技术及应用
超声波检测技术及应用 刘赣 （青岛滨海学院，山东省青岛市经济开发区266000） 摘要：无损检测(nondestructive test)简称NDT。无损检测就是不破坏和不损伤受检物体，对它的性能、质量、有无内部缺陷进行检测的一种技术。本文主要讲的是超声波检测（UT）的工作原理以及在现在工业中的应用和发展。 关键词：超声波检测；纵波；工业应用；无损检测 1.超声波检测介绍 1.1超声波的发展史 声学作为物理学的一个分支, 是研究声波的发生、传播、接收和效应的一门科学。在1940 年以前只有单晶压电材料, 使得超声波未能得到广泛应用。20 世纪70 年代, 人们又研制出了PLZT 透明压电陶瓷, 压电材料的发展大大地促进了超声波领域的发展。声波的全部频率为10- 4Hz～1014Hz, 通常把频率为2×104Hz～2×109Hz 的声波称为超声波。超声波作为声波的一部分, 遵循声波传播的基本定律, 1.2超声波的性质 1）超声波在液体介质中传播时，达到一定程度的声功率就可在液体中的物体界面上产生强烈的冲击（基于“空化现象”）。从而引出了“功率超声应用技术“例如“超声波清洗”、“超声波钻孔”、“超声波去毛刺”（统称“超声波加工”）等。2）超声波具有良好的指向性 3）超声波只能在弹性介质中传播，不能再真空中传播。一般检测中通常把空气介质作为真空处理，所以认为超声波也不能通过空气进行传播。 4）超声波可以在异质界面透射、反射、折射和波型转化。 5）超声波具有可穿透物质和在物质中衰减的特性。 6）利用强功率超声波的振动作用，还可用于例如塑料等材料的“超声波焊接”。 1.2超声波的产生与接收 超声波的产生和接收是利用超声波探头中压电晶体片的压电效应来说实现的。由超声波探伤仪产生的电振荡，以高频电压形式加载于探头中压电晶体片的两面电极上时，由于逆压电效应的结果，压电晶体片会在厚度方向上产生持续的伸缩变形，形成了机械振动。弱压电晶体片与焊件表面有良好的耦合时，机械振动就以超声波形式传播进入被检工件，这就是超声波的产生。反之，当压电晶体片收到超声波作用而发生伸缩变形时，正压电效应的结果会使压电晶体片两面产生不同极性的电荷，形成超声频率的高频电压，以回波电信号的形势经探伤仪显示，这就是超声波的接收。 1.3超声波无损检测的原理 超声波探伤仪的种类繁多，但在实际的探伤过程，脉冲反射式超声波探伤仪应用的最为广泛。一般在均匀的材料中，缺陷的存在将造成材料的不连续，这种
肺部超声的临床应用及研究进展
Advances in Clinical Medicine 临床医学进展, 2018, 8(7), 632-637 Published Online September 2018 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/0719167167.html,/journal/acm https://https://www.wendangku.net/doc/0719167167.html,/10.12677/acm.2018.87106 Advances in the Clinical Application of Lung Ultrasonography Songfei Wu Department of Anesthesiology, The Second Affiliated Hospital of Dalian Medical University, Dalian Liaoning Received: Sep. 4th, 2018; accepted: Sep. 18th, 2018; published: Sep. 25th, 2018 Abstract With the development of ultrasonic technique, lung ultrasonography has become an important tool for early diagnosis, dynamic assessment and follow-up of various lung diseases around all kinds of people. This review summarizes the advances in the clinical application of lung ultraso-nography. Keywords Lung Ultrasonography, Lung Diseases, Lung Ultrasound Score, Intensive Care Unit, Children 肺部超声的临床应用及研究进展 吴松霏 大连医科大学附属第二医院麻醉科，辽宁大连 收稿日期：2018年9月4日；录用日期：2018年9月18日；发布日期：2018年9月25日 摘要 近年来随着超声技术的不断发展，肺部超声已成为多种肺部疾病早期诊断、动态评估及病情随访的重要工具，广泛应用于各种人群。本文就肺部超声的临床应用及研究进展作一综述。 关键词 肺部超声，肺疾病，肺部超声评分，重症监护病房，儿童
激光超声检测技术及其工业应用前景
激光超声检测技术及其工业应用前景 周益军1,张永康2,周建忠2,冯爱新2 (1.扬州职业大学,江苏扬州225009;2.江苏大学,江苏镇江212013) 摘 要:阐述了激光超声的基本理论,综述了激光超声检测技术的发展,重点介绍了激光超声检测技术在工业中的相关应用,如:材料性质的无损评价、对复合材料构件进行评估、在高温有辐射等恶劣环境下对样品进行检测、非接触测量固体材料厚度等。对激光超声应用于纳米材料中的研究概况也作了简要说明。同时指出了激光超声检测技术的工业应用前景。 关键词:激光超声;检测技术;工业应用中图分类号:TN 249 文献标识码:A 文章编号:1008-3693(2005)03-0050-04 The Laser U ltrasonic Detection T echnology and Its Applied Prospect in Industry ZHOU Yi 2jun 1,ZHAN G Y ong 2kang 2,ZHOU Jian 2zhong 3,FEN G Ai 2xin 4 (1.Y angzhou Polytechnic College ,Y angzhou 225009,China ;2.Jiangsu University ,Zhenjiang 212013,China ) Abstract :In this article ,the basic theory of laser ultrasonic is discussed ,and the development of laser ul 2trasonic detection technology is summarized as well ,with focus on its related application to industry.Mean 2while ,a brief explanation of the application of laser ultrasound to mano 2structured materials is given and the applied prospect of the laser ultrasonic detection technology is indicated here.K ey w ords :laser ultrasound ;detection technology ;application in industry 激光超声技术的研究始于1962年,White 和Aakaryan 各自论证了用脉冲激光束在固体和液 体中激发出声波的方法。接着,White 和Aakaryan 观察了强激光在固体中产生的爆炸波(L SD 波)和在大气中产生的燃烧波(L SC 波),都会随时间和距离的增加而衰变成声波[1,2]。激光超声是超声学新近发展起来的一个分支,是涉及光学、声学、电学、材料学等学科的交叉学科[3]。1 激光超声检测技术简介 对于激光产生超声机理的研究,目前学术界认同热弹膨胀理论。所谓激光超声检测技术,即 用强度调制的激光束射入闭合的介质空间时可产生声波,通过对这种波的检测来达到对材料性质 的无损评价、对复合材料构件进行评估等的应用技术。利用激光脉冲来激发超声脉冲,不仅是非接触的,而且可以重复产生很窄的超声脉冲,在时间和空间都具有极高的分辨率。还可以在不同形状的试样中激发超声,可以在高温、高压、有毒、放射性等各种恶劣环境下进行超声检测。它适合于超薄材料的检测和物质微结构的研究,因此激光超声技术以其优异特性而得到迅速发展并被关注[4]。激光超声检测技术的工业应用情景广阔。国内外就激光超声检测技术的应用已大量的报 收稿日期:2005-06-08 第一作者简介:周益军(1966-),男,扬州职业大学机械工程系讲师,江苏大学博士研究生。 第9卷第3期2005年9月 扬州职业大学学报 Journal of Y angzhou Polytechnic College Vol.9 No.3Sep.2005
超声技术在医学的发展及应用
超声技术在医学的发展及应用 摘要: 随着声学原理和电子计算机科学的迅速发展，医学超声影像学的新技术层出不穷，从B型、M型、彩色多普勒超声发展到三维、声学造影、血管内超声等多种技术，极大地拓展了超声影像学的临床应用范围，几乎包括对所有疾病的超声诊断、结构成像和运动成像，医学超声诊断技术已成为临床诊断中必不可少的甚至是首选的方法。 关键词:超声;影像学;临床应用 医学超声诊断技术产生于20世纪40年代，其发展主要依赖于声学原理、探头技术、电子电路、计算机技术、实验研究及临床应用的紧密配合。由于其操作无创伤及对患者无电离辐射损伤而深得医学界推崇。目前医学超声影像学的新技术层出不穷，诸如三维超声成像、谐波成像、腔内超声已广泛应用于疾病诊断、治疗和预后评估。现对医学超声的进展和临床应用作一综述。 1 医学超声技术的发展及其临床应用 1.1 二维超声成像 B型超声应用回声原理，即发射脉冲超声进入人体，然后接受各层组织界面的回声作为诊断依据。由于B超能直观地显示脏器的大小、形态、内部结构，并可将实质性、液性或含气性组织区分开来，故医生根据得到的一系列人体切面声像图进行诊断。它所构成的二维（2D）实时动态图像具有真实性强、直观性好、无损伤、操作方便等优点，目前应用最广泛。主要用于心脑血管疾病、腹部脏器损伤、肿瘤、儿科和妇产科疾病及其它疾病的诊断。如二维超声诊断感染性心内膜炎时可清楚地观察到心内膜赘生物的形状大小及部位，检查率达80%～100%，特异性达80%以上，还可以发现腱索断裂瓣周脓肿、心包积液等并发症［1］。但二维超声对含气空腔（胃、肠）和含气组织（肺）以及骨骼显示不清，还由于切面范围和扫查深度有限，对病变所在脏器或组织的毗邻结构显示不清。 1.2 三维超声成像三维（3D）超声成像的基本原理主要有立体几何构成法、表现轮廓提取法和体元模型法。3D超声成像的基本步骤是利用二维超声成像的探头，按一定的空间顺序采集一系列的2D图像存入3D重建工作站中，计算机对按照某一规律采集的2D图像进行空间定位，并对相邻切面之间的空隙进行像素补差平滑，形成一个3D立体数据库，即图像的后处理，然后勾划感兴趣区，通过计算机进行3D重建，将重建好之3D图像在计算机屏幕上显示出来。3D超声成像技术包括数据获取、三维图像重建和三维图像的显示。1961年Baum和Greewood最先提出3D超声的概念，但其后的30年发展比较缓慢。近十年来，随着计算机技术与超声影像技术的不断发展，3D超声成像技术已由实验研究阶段走向临床应用阶段［2］，可分为（1）静态3D:收集一定数量的2D图后作3D组图，然后作各种3D显示，其中又分脏器实质3D和血管流道3D。（2）动态 3D:在不同时间点取不同空间的多幅2D图输入存储，然后用心电统一时间点，将原不同时间中取得的图形作3D组图，依心电图时间序列组图后回放。目前在心脏、妇产科、小器官、
超声技术在医疗方面的应用
超声技术在医疗方面的应用 超声技术在医疗方面的独特疗效已得到医学界的普遍认可，并越来越被临床重视和采用。国内外医学专家利用超声技术在治疗肢体软组织损伤、肢体慢性疼痛康复、肢体运动康复方面积取得了非常好的疗效，并把超声治疗拓展到中医科、骨科、外科、内科、儿科、肿瘤科、男科、妇产科等，在临床得以广泛应用，取得了满意的治疗效果。 机械 超声振动可引起组织细胞内物质运动，由于超声的细微按摩，使细胞浆流动、细胞震荡、旋转、摩擦、从而产生细胞按摩的作用，也称为“内按摩”这是超声波治疗所独有的特性，可以改变细胞膜的通透性，刺激细胞半透膜的弥散过程，促进新陈代谢、加速血液和淋巴循环、改善细胞缺血缺氧状态，改善组织营养、改变蛋白合成率、提高再生机能等。 温热 人体组织对超声能量有比较大的吸收能力，因此当超声波在人体组织中传播过程中，其能量不断地被组织吸收而变成热量，其结果是组织的自身温度升高。即内生热。超声温热效应可增加血液循环，加速代谢，改善局部组织营养，增强酶活力。一般情况下，超声波的热作用以骨和结缔组织为显著，脂肪与血液为最少。 理化 超声的机械效应和温热效应均可促发若干物理化学变化。 a.弥散作用：超声波可以提高生物膜的通透性，对钾，钙离子的通透性发生较强的改变。从而增强生物膜弥散过程，促进物质交换，改善组织营养。 b.触变作用：超声作用下，可使凝胶转化为溶胶状态。对肌肉，肌腱的软化作用，以及对一些与组织缺水有关的病理改变。如类风湿性关节炎病变和关节、肌腱、韧带的退行性病变的治疗。 c.空化作用：空化形成，或保持稳定的单向振动，或继发膨胀以致崩溃，细胞功能改变，细胞内钙水平增高。成纤维细胞受激活，蛋白合成增加，血管通透性增加，血管形成加速，胶原张力增加。 d.聚合作用与解聚作用：水分子聚合是将多个相同或相似的分子合成一个较大的分子过程。大分子解聚，是将大分子的化学物变成小分子的过程。可使关节内增加水解酶和原酶活性增加。 e.消炎，修复细胞和分子：超声作用下，可使组织PH值向碱性方面发展。缓解炎症所伴有的局部酸中毒。超声可影响血流量，产生致炎症作用，抑制并起到抗炎作用。使白细胞移动，促进血管生成。从而达到对受损细胞组织进行清理、激活、修复的过程。 临床应用编辑 软组织损伤及慢性疼痛 广泛用于软组织损伤及慢性疼痛的治疗。超声波的穿透力强，可轻易深入到体内10-15cm。提高治疗部位细胞膜的通透性、改善血液循环、促使细胞修复过程的发生和发展；同时，人体神经和体液系统对超声能的作用具有较强的敏感性，其形成的神经反射和体液反应，具有综合调节人体的机制，特别是对陈旧性损伤有特效，超声在传播时，超声能量的方向集中，具有独特的高能量特性。主要适应症：急、慢性软组织损伤、软组织慢性疼痛、颈椎病、腰椎间盘突出症、慢性腰肌劳损、风湿类关节炎、类风湿性关节炎、慢性血肿、慢性膝盖筋腱疼痛等 肢体康复
超声波检测技术
超声工业测量技术 在非电量电测技术中，许多非电量可以通过电学方法加以测定，同样，许多非声量也可通过声学方法来加以测定，这就是所谓超声工业测量技术。非电量的电测主要是通过一些元件的电阻、电容或电感等量来进行的。在超声工业测量技术中，非声量的测定也往往是通过某些媒质声学特性(主要是声速、声衰减和声阻抗率等)的测量来进行的。 超声工业测量技术中应用最广的是媒质的声速这一物理量。 第一，媒质的声速与媒质 的许多特性有直接或间接的关系。有些关系非常简单直接，已有精确的理论公式，例如，在测定声速和密度后，就可求出媒质的弹性模量。有些关系比较间接而且复杂，但在特定的条件下，仍可以建立一些半理论或纯经验的关系式，例如，媒质的成分，混合物的比例，溶液的浓度，聚合物的转化率，某些液体产品的比重，某些材料的强度等等，都可与声速建立一定的关系，利用这些关系，就熊通过测量声速来测定这些媒质的非声特性。上述原则是声速分析仪的基本原理。 第二，媒质的声速与媒质所处的状态也有相互关系。例如，媒质的温度、压强和流速等状态参量的变化都会引起相应的声速的变化。如声学温度计、超声波风速仪和超声流量计就是用这一类关系来测量温度或流量的。 第三，其他应用，例如在声速c已经测知的媒质中，可以利用声波传播距离L和传播时间t 的关系L=ct，或利用波长λ和频率f(或周期T)之间的关系c=fλ=λ/T，进行超声测距的应用。如超声液位计和超声测厚计就是这一方面的典型应用技术。 声阻抗率方法也是一种较常用于媒质特性分析的技术。在这种技术中，所测定的声学 量是换能器对媒质的辐射阻抗率。如果换能器在媒质中所激起的是平面纵波行波，则辐射阻抗率就是声阻率ρc。当两种媒质的声速c几乎相同，但密度ρ有很大不同时，往往就可根据ρc的测量来加以区别。在同时测得声速的情况下，也可用这种方法来测量液体的密 度p或弹性模量ρc2等。如果换能器在液体媒质中激起的是切变行波，其声阻抗率将与 成正比，η是液体的粘性，这就是超声粘度计的原理。如果换能器是在流体中作弯曲振动的，则其辐射声抗率将与流体的密度p有关，因而使换能器的共振频率随p而变化，这也是一种可以精确测定液体密度的原理。 遇到需要采用声学方法来测定一个非声量的情况时，在声速、衰减和阻抗这三种技术途径中，应按什么准则来决定取舍呢?第一是看要测的非声量究竟与那一个声学量的关系比较明显。这就是说，相应于同样大小的非声量的变化，如果某一声学量能够有最大的变化，这一声学量就比较值得考虑。第二，应该考虑到声速、衰减和声阻抗率都是随很多因素变化的，除待测的那种非声量外，其他媒质特性或媒质状态的变化往往也会引起声学量的变化，对于须测的非声量来说，这些其他因素引起的变化就是一种干扰。因此，选用某种声学量的途径时，应注意干扰因素要尽可能少，干扰影响要尽可能小，或可采用切实可行的补偿措施来避免这些干扰。第三，挑选技术途径时必须注意满足现场的使用、安装和维护等条件并应达到要求的精度，在这一前提下还应力求稳定耐久和方便可靠，才能有较高的实用价值。上述准则只是一些原则性的意见，还应根据具体情况作具体的考虑。 声发射检测技术 材料或结构受外力或内力作用产生形变或断裂 ,以弹性波的形式释放出应变能的现象称为声发射。各种材料声发射的弹性波的频率范围很宽 ,从次声频、声频到超声频 ,因此 ,
激光超声波可视化检测仪
激光超声波可视化检测 仪 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】
「激光超声波可视化检测仪」及其应用 罗朝莉 ?王波 ?陈林 摘要：激光超声检测是超声检测发展起来的新分支，属于光、声、电等的交叉科学。与传统的超声检测技术相比,激光超声波可视化技术以其非接触地高速扫描检测，消除了传统超声检测技术中的耦合剂影响，用于各种较复杂形状工件的无损检测。加之可重复产生很窄的超声脉冲，在时间和空间均具有极高的分辨率，使之成为极具应用前景的无损检测新技术。本公司在日本筑波科技株式会社的大力协助下，成功研发了「激光超声波可视化检测仪」。应用该仪器对各种难检样件进行实际检测，其效果甚佳。 关键词：激光超声；可视化；检测技术 1.「激光超声波可视化检测仪」简介 激光超声检测技术是用强度调制激光束射入物体时发生热弹效应产生声波,通过检测该声波对金属、非金属及复合材料等表面和内部进行无损检测。目前，多数激光超声技术采用脉冲激光照射试样表面产生超声波，利用传感器或光学系统接收。采用压电传感器与试样耦合接收激光超声产生的宽带信号。如图1所示，传感器必须与试件接触，才能获得较高的灵敏度；或者利用空气超声传感器接近试件表面（距离试件不超过5mm）接收激光超声信号，一但距离加大，接收信号的灵敏度衰减甚快。 图1 ?激光激励产生超声波 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?图2 ?激光超声波可视化检测仪可视化技术是图形学的新领域，它运用图形学和图像处理技术，将计算机中的数据及计算结果转化成图像，呈现在计算机屏幕上，用图像直观地表达抽象数据所蕴含
超声导波检测技术的发展与应用
2008大庆石化情报课题 超声导波检测技术的发展与应用 王学增侯贵富刘华王辉 李媛媛李健奇 大庆石化工程检测技术公司 2008年12月8日
超声导波检测技术的发展与应用 相对于传统的超声波检测技术，超声导波具有传播距离远、速度快的特点，因此在大型构件（如在役管道）和复合材料板壳的无损检测中有良好的应用前景。 一、超声导波技术的原理 1.1超声导波的产生 机械振动在弹性介质中的传播称为弹性波（声波）。将弹性介质定义为波导，在波导中传播的超声波称为超声导波。超声波的本质是机械振动，在扰动源的激发下产生，并通过介质传播，因而它既携带扰动源的信息，同时又包含介质本身的特征。 导波是由于声波在介质中的不连续交界面间产生多次往复反射，并进一步产生复杂的干涉和几何弥散而形成的。 导致超声波弥散的原因有物理弥散和几何弥散。物理弥散是由于介质的特性而引起的，而几何弥散是由于介质的几何效应引起。超声导波技术则是利用传播介质几何上某些特征尺寸而导致的几何工件往往有很多声学性质不连续的交界面存在。当介质中有一个以上的交界面存在时，超声波就会在这些界面间产生多次往复反射，并进一步产生复杂的干涉作用，由于受到这些界面几何尺寸的影响，超声波的传播速度将依赖于波的频率，从而导致波的几何弥散。由于超声波在交界面上的复杂行为，如果工件的交界面复杂无规则，则导波信号很难识别，所以导波技术一般用于特殊的规则的工件（板、管、棒等）检测。无缝管中的超声导波技术则是利用管子的几何效应，在管子中
激发导波。导波可沿轴向传播数米至数十米，因此利用管壁中沿管子轴向传播的导波可对管子进行长距离快速无损检测。 1.2 导波的频散特性和谐振模式 1.2.1导波的频散特性 当把被测物件视为无限均匀弹性介质时，各种类型的反射波、透射波以及界面等以恒定的速度传播，传播速度只与传播介质本身材质有关。而当超声波倾斜入射到各向同性的管子边界上，波源处的机械振动在管子中传播时，由于管子自由表面的反射，波运动变为轴向运动和径向运动的合成，使得超声波被拘束在管状的边界内而形成导波。 频散是导波的特征之一，即超声波的相速度随频率不同而有所变化。频散特性是导波应用于复合材料无损检测的主要依据。由于导波脉冲由多个不同频率的谐波成分叠加而成，介质质点振动是各个波作用下振动的合成，质点振动最大振幅的传播速度（群速度）不同于各单个波的传播速度（相速度），导波能量以群速度向前传播，相速度则随频率的不同而有所改变。 导波在介质中的传播特性与介质特性有很大的关系。目前的研究已不仅仅局限于导波在各向同性弹性介质中的传播特性，还涉及到各项异性和具有黏弹性的材料。 导波相速度不仅取决于探头频率，还与管材的特性（包括材质的声学性质和规格尺寸）有关，即使是同类材料的管子，如果其壁厚和直径不同，其频散曲线也不同。这给导波技术的实际检测应用带来了
超声波技术在医疗上的应用
超声波技术及其应用报告超声波技术在医疗上的应用 硕士研究生： 学号： 学科： 报告日期：
超声波技术及其应用报告 摘要 频率高于可听声频范围（20KHZ以上）的机械波，称为超声波（ultrasonic)，简称超声。它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。本文主要介绍超声波技术在医疗上的应用。主要由超声波在医疗检测上的应用和超声波在治疗上的应用两部分组成。主要内容包括B超，彩超，超声全息影像技术，超声波手术刀，超声波碎石技术。文章论述了这些超声波技术的基本原理，相比于传统技术的优缺点，存在的局限和发展前景，以及超声波技术要突破的一些技术瓶颈和将来的发展方向。由于篇幅及理论基础有限，本文避免了难以理解的公式推导和证明，只是定性地，原理性地介绍了超声波在医疗上应用的这些技术。 关键词：超声检测；手术刀；超声全息影像技术；超声碎石；超声理疗 - -I
超声波技术及其应用报告 - - II 目录 摘 要 ....................................................................................................................... I 1.1 技术应用的领域 (3) 1.2 技术应用特点及原理 (3) 1.3 国内外情况分析 (6) 1.3.1 国外情况 (7) 1.3.2 国内情况 (7) 1.4 系统组成 (7) 结论 (10) 参考文献 (11)
超声波无损检测概述
超声波无损检测概述
J I A N G S U U N I V E R S I T Y 超声波无损检测概述
2.2 国内研究情况 20 世纪50 年代，我国开始从国外引进模拟超声检测设备并应用于工业生产中。上世纪80 年代初，我国研制生产的超声波探伤设备在测量精度、放大器线性、动态范围等主要技术指标方面已有很大程度的提高[3]。80 年代末期，随大规模集成电路的发展，我国开始了数字化超声检测装置的研制。近年来，我国的数字化超声检测装置发展迅速，已有多家专业从事超声检测仪器研究、生产的机构和企业（如中科院武汉物理研究所、汕头超声研究所、南通精密仪器有限公司、鞍山美斯检测技术有限公司等）[1]。目前，国内的超声超声检测装置正在向数字化、智能化的方向发展并且取得了一定的成绩。另外，国内许多领域（如航空航天、石油化工、核电站、铁道部等）的大型企业通过引进国外先进的成套设备和检测技术（如相控阵超声检测设备与技术和TOFD 检测设备与技术），既完善了国内的超声检测设备，又促进了超声无损检测技术的发展[5]。 2.3 超声波无损检测技术发展趋势 超声检测技术的应用依赖于具体检测工件的检测工艺和方法，同时，超声检测还存在检测的可靠性，缺陷的定量、定性、定位以及缺陷检出概率、漏检率、检测结果重复率等问题，这些对超声检测仪器的研制提出了更高要求。 为克服传统接触式超声检测的不足，人们开始探索非接触式超声检测技术，提出了激光超声、电磁超声、空气耦合超声等。为提高检测效率，发展了相控阵超声检测。随着机械扫描超声成像技术的成熟，超声成像检测也得到飞速发展。目前，超声检测仪器已明显向检测自动化、超声信号处理数字化、诊断智能化、多种成像技术的方向发展[5-7]。 3.超声波检测的基本原理 3.1超声波无损检测基本介绍 超声检测（UT）是超声波在均匀连续弹性介质中传播时，将产生极少能量损失；但当材料中存在着晶界、缺陷等不连续阻隔时，将产生反射、折射、散射、绕射和衰减等现象，从而损失比较多的能量，使我们由接收换能器上接收的超声波信号的声时、振幅、波形或频率发生了相应的变化，测定这些变化就
激光超声可视化系统规格参数
激光超声可视化系统规格参数 1系统简介 激光超声场检测仪是利用高能激光脉冲在介质中产生超声波并用压电式超声波传感器来检测超声回波（直达波或散射波），其检测仪主要包括三部分：脉冲功率激光器，压电式超声波传感器、激光自动扫描控制和信号采集处理装置。脉冲功率激光器通过激发被检试样表面产生很窄的超声脉冲，而压电传感器来检测激光脉冲所产生的超声波，通过信号采集和处理系统来得到所检测试样的缺陷。该检测在时间和空间均具有较高的分辨率，具有频带宽及检测可达性好，操作方便等优点，尤其适用于快速激光超声实验研究。 此激光超声场检测仪采用进口空冷紧凑光纤脉冲激光器和压电式超声波传感器结合实现激光超声场的可视化检测，能快速实时观察到超声波的动态传播，可直观判断超声场中是否存在由缺陷引起的异常散射，为进一步的定量检测分析评价提供可靠依据。不仅适用于实验室复杂结构超声场及与缺陷相互作用规律的研究，也适用于现场的材料结构的超声无损检测,可实时快速得到材料无损检测 的A扫图，B扫图，最大振幅图及超声传播的动画图。 该仪器系统软件基于Matlab图形界面开发，具有丰富的信号分析和图像处理能力。系统完全开放，非常适合系统的二次开发和升级，实现用户定制化功能和界面。 2系统构成 激光超声场检测仪主要由光纤脉冲激光器、振镜扫描和控制、超声波探头、超声高速A/D采集卡和便携电脑组成。系统总体构成图5-1。 图1 系统总体构成图
图2系统实物照片 3系统特点和技术规格 系统特点： 1.超声场可视化： 采用声场可逆性原理实现超声场的可视化检测，用激光扫描探头接受来观察到探头产生超声波在所检测材料结构中的实时传播。 2.复杂材料结构检测： 采用激光非接触的扫描激发方式，可对弯曲、不连续和狭小等部位激发超声传播，实现超声场可视化检测。 3.实时大范围检测： 采用激光振镜的高速扫描，是脉冲激发可大范围实时激发超声，实现声场检测。 技术规格： 脉冲功率激光器：20w 20KHz 1064nm 100ns 振镜扫描：视角±20O， 工作距离 0.1m，扫描速度：100Hz 超声探头：纵波探头1 MHz;2.5MHz;5MHz各2个；表面波探头2.5MHz和5MHz 各2个。 单通道高速数据采集卡：采样频率不低于100MHz 图像表示：超声波A扫描波形、 B扫描图像、最大振幅图及声场动画 便携式电脑：联想ThinkPad（i3，2.5GHz，4G内存） 激光扫描范围：不小于50mm*50mm 检测对象：金属表面及亚表面的孔洞、裂缝、腐蚀缺陷等。 4系统软件功能 本系统软件基于Matlab图形化界面开发，可实现系统激光、振镜、高速数据采集卡的初始化进行参数设定，实现各部分联动完成测试区域激光激发和压电传感器超声信号的采集和处理，最后实现A扫、B扫、最大振幅图、动画等激光超声场信息的图像显示，便于对缺陷的直观判断和分析。 系统软件的操作流程图如图4.1(a)。软件启动后先对各部分进行初始化完成与电脑的通
超声监测专业技术的新应用
超声监测技术的新应用
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
超声监测技术的新应用 超声检测技术是一门以物理、电子、机械以及材料学为基础，各行各业都在使用的通用技术之一，他是通过超声波的产生、传播及接受的物理过程完成的。目前，超声波技术广泛应用于工业领域的很多方面。 其中超声探伤检测是无损探伤中最为重要一种方法，由于超声波具有穿透能力强、对材料人体无害、使用方便等特点，可对各种锻件、轧制件、铸件、焊缝等进行内部缺陷检测，因而得到广泛应用。 此外利用超声波的各种特性，超声技术还应用于金属与非金属材料厚度测量、流量测量、料位及液位检测与控制、超声波零件清洗等工业领域。 本文主要介绍超声技术在设备故障检测及诊断方面的最新应用。 一．压力及真空系统的泄漏检测 当气体在压力下通过限流孔时，它从一个有压层流变为低压紊流（参见图1）。紊流产生所谓的“白噪声”广谱声音。在这种白噪声中含有超声波分量。因为泄漏部位的超声最大，探测这些信号通常是非常简单的。 目前已有成熟的超声检测专用仪器，可将探测到的超声波信号转换为人耳可听见的音频信号，适用于各种泄漏检测。（参见附录） 泄漏可以在压力系统或真空系统中出现。在这二种系统中，超声的产生方式如上所述。二者之间唯一不同的是真空泄漏产生的超声波振幅通常小于同等流速的压力泄漏。其原因在于真空泄漏产生的紊流是发生在真空室内，而压力泄漏产生的紊流出现在大气中 什么样的气体泄漏采用超声波探测呢？一般来说，不管何种气体，包括空气在内，只要它从限流孔泄出时产生紊流，就可以用超声波探测。与气体专用的传感器不同，超声检测是属于声音专用检测。气体专用传感器仅能用于它所能辨别的具体气体（如氦）。而超声检测能辨别出任何类型的气体，因为它探测的是泄漏紊流所产生的超声。
超声波检测技术的应用概述
现代工程测试技术论文
超声波技术应用综述 +++ （++++++++++++++++++） 摘要 简述超声波的产生方式，特点和主要参数，其特点决定在实际生活中的诸多领域广泛应用，着重分析了超声波传感器的应用和研究现状，对超声波技术发展做出展望。 关键词：超声波，检测技术，传感器 Abstract The article sketch the main parameters, features and the production of ultrasonic. Its features determine the wide application in our lives. We analyzed the application of the ultrasonic sensor and the research status and prospect the development of ultrasonic technology. Key words: Ultrasonic; Measurement Technique; Sensor 超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业等诸多领域有广泛应用。 1．超声波的产生和主要参数 声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。超声波是指振动频率大于20000Hz以上的声波，其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的上限，人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动模式，通常以纵波的方式在弹性介质内传播，是一种能量的传播形式。 1.1超声波特点 超声波有如下特点： (1)方向性强，能量易于集中。 (2)能在各种不同媒质中传播，且可传播较远距离。 (3)与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息诊断或对传声媒质产生效用及治疗。 (4)反射、干涉、叠加和共振现象明显。 1.2超声波的两个主要参数 频率：F≥20KHz（在实际应用中因为效果相似，通常把F≥15KHz的声波也称为超声波）。 功率密度：p=发射功率(W)/发射面积(cm2)，通常p≥0.3w/cm2。
医学超声影像技术发展综述
医学超声影像技术发展综述 张禄鹏 摘要：本文回顾了医学超声影像技术的发展历史，阐述了A型、B型、M型和D型超声诊断方法的历史、原理、特点、用途和发展状况，总结了医学超声影像技术的局限性，介绍了三维超声和超声造影等医学超声影像技术的新进展。 关键词：医学超声影像技术，超声诊断法，三维超声，超声造影 Abstract：This paper reviews the development history of medical ultrasound imaging technology. The history, principles, characteristics, uses and development status of A model, B model, M model and D model ultrasonic diagnostic method. This paper also sums up the limitations of medical ultrasound imaging technology and introduces three-dimensional ultrasound and ultrasound contrast and other new medical ultrasound imaging technology advances. Keyword：medical ultrasound imaging technology，ultrasonic diagnostic method，three-dimensional ultrasound ，ultrasound contrast 医学超声影像技术和X-CT、MRI及核医学影像（PET、SPECT）一起被公认为现代四大医学影像技术，成为现代医学影像技术中不可替代的支柱。医学超声影像技术是指运用超声波的物理特性，通过电子工程技术对超声波发射、接收、转换及电子计算机的快速分析、处理和显象，从而对人体软组织的物理特性、形态结构与功能状态影像一种非创伤性技术。 目前，由于超声显像技术具有实时动态、灵敏度高、易操作、无创伤、无特殊禁忌症、可重复性强、费用低廉和无放射性损伤等优点。从而使这一诊断技术成为了现今临床各学科疾病的检查、诊断和介入治疗中所不可缺的重要手段之一。 1.超声影像技术发展历史 1880年，两位法国科学家Jacques和Pierre Curie发现了压电现象，成为超声探头的基础。某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷，当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。根据压电效应，用压电晶体可以用来作为声波的产生器与接收器，压电效应是可逆的，这奠定了用同一超声波换能器既能发射又能吸收的基础。 直到第一次世界大战，随着声纳在军事上的应用，压电效应才得到重视。1915年，法国科学家Paul Langevin发现了超声的第一个用途：水下声波测距法探测水下目标，也就是今天大家熟知的声纳。正常人的耳朵可接听到声波频率的范围为16-20000Hz，高于2万赫兹的声波就称为超声波。 超声医学影像所用的声频率通常是300万-750万次/秒（3MHz-7.5MHz）。超声波是一种机械波，其传播是通过介质中粒子的机械振动进行的，它不同于电磁波，在真空中不能传播，但在人体复杂的介质中传播较好，同时它属直线传播，因此有良好的方向性[1]。超声诊断技术出现后获得了迅速的发展，上世纪40年代末，A型(Amplitude Mode)超声诊断仪开始应用于临床，常用A型法测量界面距离、脏器径值以及鉴别病变的物理性质，结果比较准确，为最早兴起和使用的超声诊断法，目前已多被其他方法取代，只在脑中线测量等方面还在应
浅谈超声波检测技术的应用与发展
超声波检测技术的应用与发展 摘要：超声波检测技术是无损检测领域中的一种非常重要的方法。本文简单介绍了超声检测的方法、基本原理及其应用领域。对非接触超声检测方法进行了比较，对当前非线性超声无损检测技术的应用进行了总结，展望了今后的发展趋势与前景。 引言：利用超声波进行无损检测始于20世纪30年代。1929年前苏联Sokolov 用超声波探查金属物体内部缺陷。到了20世纪40年代美国的Firestone推出了脉冲回波式超声检测仪[1] 。发展到60年代，超声检测技术已经成为有效面可靠的无损检测手段，并在工业探伤领域得到了广泛应用。80年代末计算机和电子技术的发展带动了数字式检测仪的发展，使得检测数据更加形象具体。有关资料表明，国外每年大约发表3000篇涉及无损检测的文献资料，其中有关超声无损检测的内容约占45％。[2]随着工业自动化的提高，无损检测技术已经可以运用在生产的每一步中，能够实现在线检测。成像技术、相控阵技术、人工智能、人工神经网络、相适应技术的逐步成熟促进了超声无损检测技术的应用发展。 1常规检测技术的介绍 超声波是指频率大于20 kHz，并且能在连续介质中传播的机械波。常用的超声波检测方法有共振法、穿透法、脉冲反射法等。 脉冲反射法是通过内部缺陷或者试件的底部反射回波的情况来对试件中缺陷的大小和位置进行评估。[1]在金属板中缺陷的定位判断[3]、检测套管和腐蚀和缺陷[4]、人体血管壁超声传输特性研究[5]、钢管的厚度测量[6]、混凝土内部结[7]、引等领域都得到广泛的应用。 共振法是根据声波在试件中呈共振状态来测量试件厚度或判断有无缺陷的方法。南京大学声学研究所研制的超声共振自动测试系统[10]列主要用于表面较光滑的工件的厚度检测[9]、金属焊接残余应力检测[8]等。
超声波检测新技术
超声波检测新技术-TOFD 摘要：本文通过简单介绍超声波检测中TOFD方法的物理原理和在无损探伤中的应用，提出了TOFD检测技术将会更加广泛应用于焊缝的无损检测工作中。TOFD检测技术的发展过程、TOFD检测的原理、优点及其局限性，对TOFD检测主要应用范围进行了阐述。给出了TOFD检测的一般工艺流程,并结合实际操作,说明了该技术的重要用途，对TOFD技术对缺陷精确定量进行了简要说明。 关键词:超声波；TOFD；检测 New technology of ultrasonic TOFD ABSTRACT: in this paper, the physical principle of TOFD in ultrasonic testing method is briefly introduced and applied in non-destructive inspection, put forward a nondestructive test technique for the detection of TOFD will be more widely used in the welding seam. TOFD detection technology development process, the TOFD detection principle, advantages and limitations of TOFD testing, main application range are described. The general process of TOFD detection is presented, and combined with the actual operation, explains the important uses of the technology, the TOFD technology of the precise and quantitative defects are introduced briefly. Keywords: ultrasonic; TOFD; detection 0 引言 TOFD(Time-of-flight-diffraction technique)检测技术于1977年，由英国Silk教授根据超声波衍射现象首次提出。现已在核电、建筑、化工、石化、长输管道等工业的厚壁容器和管道方面多有应用。TOFD技术的检测费用是脉冲回声技术的1/10。现在，TOFD检测技术在西方国家是一个热门话题，现已开始大量推广应用，几年以后，将有取代RT的可能。 2006年9月TOFD标准组成立暨首次会议上，中国特检院提出由全国锅容标委归口，2009年12月《固定式压力容器安全技术监察规程》（简称“新容规”）开始实施，后延至2010年11月正式实施。TOFD监测系统由计算机超声波探伤仪本体、发射探头、接收探头、前置放大器、光学或磁性编码器以及连接电缆组成。仪器能以不可更改的方式将所有扫描信号和TOFD图像存储于磁、光等永久介质，并能输出其硬拷贝。[1] 《固定式压力容器安全技术监察规程》第4.5.3.1无损检测方法的选择：压力容器的对接接头应当采用射线检测或者超声检测，超声检测包括衍射时差超声检测（TOFD）、可记录的脉冲反射法超声检测和不可记录的脉冲反射法超声检测；当采用不可记录的脉冲反射法超声检测时，应当采用射线检测或者衍射时差超声检测（TOFD）做为附加局部检测。第 4.5.3.4.2超声检测技术要求：采用衍射时差超声检测（TOFD）的焊接接头，合格级别不低于II级。[2] 1 TOFD检测的原理和应用 1.1 基本原理 TOFD检测原理：当超声波遇到诸如裂纹等缺陷时，将在缺陷尖端发生叠加到正常反射波上的衍射波，探头探测到衍射波，可以判定缺陷的大小和深度。也可理解为当超声波在存在缺陷的线性不连续处，如裂纹等处出现传播障碍时，在裂纹端点处除了正常反射波以外，还要发生衍射现象。 两束衍射波信号在直通波与底面反射波之间出现。缺陷两端点的信号在时间上将是可分辨的，根据衍射波信号传播的时间差可判定缺陷高度的量值。因为衍射波分离的空间（或时间）与裂纹高度直接相关。[3] 非平行扫查一般作为初始的扫查方式，用于缺陷的快速探测以及缺陷长度、缺陷自身高度的