杭州锐达数字技术有限公司
查看: 217|回复: 0

[综合讨论] 高得听不见的声音——超声有什么用?

[复制链接]
发表于 2018-1-12 09:54 | 显示全部楼层 |阅读模式

马上注册,结交更多好友,享用更多功能,让你轻松玩转社区。

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?我要加入

x
  一般把20000赫以上的声音称为超声。频率越高,波长越短。声波在大多数固体中的声速为1000-10000米/秒。频率高到108-1012赫是电磁波谱的微波频段。利用超声在固体中的传播特性,以及大功率超声所产生的空化、辐射压等现象,可以使超声产生很多神气的作用,如超声切削、超声研磨、超声打孔等。

  1、非破坏性检测
  固体件,如金属工件,由于材料或制造工艺上的原因,内部会形成一些裂缝或气孔,它的强度就不够,或者会发生渗漏,使用时就会出危险。在不能破坏工件的情况下,如何检测这些缺陷呢?近几十年来发明了许多非破坏性的检测方法,如用X光、射线、电磁方法、超声方法等等,各有适用范围,有时需要几种方法并用。

  在工件表面发出超声脉冲,如果经过的地方有空洞或缺陷,就会有反射信号,通过与工件底部的反射信号的比对,可以知道伤的深度。通过移动超声探头,可以知道伤的水平范围。这种方法叫做反射法探伤,是出现最早,应用最多的。在工件一端发射声信号,在另一端接收信号并显示强度的方法叫做透射法探伤。

  如果工件是由两部分(或多部分)粘结起来的,检测这种工件最好就是从一个表面测量它的声阻抗。就是在同一个探头上,一个压电晶体发射连续声波,另一个压电晶体接收声波,如果结构上有粘结不好的地方,结构反作用力就会有大的变化,从而对工件做出判断。

  高级的高速公路、机场跑道和铁路都是面积很大、长度很长而且要求很高的,这些设施不但在建造时要加以监测,在使用过程中也要不断监测,才能保障交通安全。所以一般都在火车或汽车上放几个探头,采取行进中监测的方法。对于高速公路还有一种超声仪器测量路面的平整程度。

  2、超声测硬度
  把一个纵向振动的超声换能器的尖端,用力压在被测物体表面,产生压痕。被测物体会对换能器的振动产生影响,换能器的共振频率会发生变化。被测物体硬度越小,压痕越深,对共振频率的影响越大。这样,通过换能器频率的变化情况,就可以知道被测物体表面的硬度。

  3、厚度测量
  当超声加在一块板上时,在一定频率下,板会发生共振,达到幅度极大。这时如果知道板材的声速,就可以测得板的厚度。反之,知道板的厚度就可以算出声速。测试结果精度可达到0.1%-1%。这种方法称为共振法。

  脉冲回波法更适宜于测厚,是目前工业应用中最广泛的一种。利用脉冲在板件两个面间往返的时间,利用已知声速值来测量板的厚度。用这种方法可测从十分之几毫米到几十毫米厚的钢板。

  4、液位和料位测量
  一个大容器中液位或料位可以用超声的方法测量,其方法基本是脉冲往返时间的测量。不过在液位和料位测量中声脉冲传播距离比较远,在空气中或被测液体中声吸收都比较大,所以用的是频率比较低的超声。

  5、超声温度计
  有些介质温度太高,如汽轮机进气、火箭排气和汽缸中燃烧气体等温度高达2000℃,热核等离子区温度达到17000℃,普通的温度计早就化了。这时就要使用超声温度计。它不但可以测高温和某些特殊情况下的温度,而且反应迅速。

  超声温度计的原理是,利用介质的声速与温度有一定关系的规律,测量声速、算出温度。超声温度计实际上是声速计,当然在测量高温时,超声换能器也要加上水套,以冷却保护。

  6、流速和流量的测量
  在石油、化工工业的生产流程中,流量可以使用超声进行测量。声在流动的液体中传播,顺流时传播速度为声速加流速,逆流时为声速减流速,所以可以用顺流和逆流声传播的时间差来测流速。在管子上放两对发射接收换能器,相对进行收发,测量两个接收换能器收到信号的时间差,就可以测出流速。

  再有就是利用多普勒效应,在流体中传播的声波、频率会变化,其变化程度与流速和原来的频率有关。可以在上游和下游发出同样频率的连续声波,测量两处接收换能器收到信号的频率差,也可以测出流速。

  7、超声粘度计
  液体粘度不同,它的切变阻抗就不同,因此把换能器放在被测物体中,使换能器做切变运动。由于液体粘度大小、阻力不同,换能器在受到阻力后,从它输入端电压电流的关系变化,可以测出阻力变化,因而也就测出粘度。

  柴油和煤油声速不同,在石油分馏和运输中,哪一部分是煤油哪一部分是柴油,可以用煤油与柴油的声速差来确定。目前已有应用超声分油器实现在一个管道中输运几种不同的油品,这是用其他比重计解决不了的。

  8、超声乳化
  谁都知道油和水不能混在一起,但是如果加上大功率的超声,过一会儿,油和水就混在一起,放置很久都分不开,这种方法叫超声乳化。乳酪、乳浆,还有医药工业和化妆品工业中,现在广泛用超声制造各种乳剂型产品。汽油、煤油可以加少量水经超声波乳化,在一些燃烧过程中有节能、降低污染的效果。油煤浆、水煤浆在燃烧时可以节油,加上超声乳化之后,煤粉不易沉淀,使用起来更方便了。这是由于强超声造成空化,空化气泡的力量把液体分子和固体颗粒打碎,打成颗粒很细的质点,不同材料的质点就容易粘在一起,如油和水,就形成油包水或水包油的情况。

  9、超声清洗
  有些机械零件很小,但形状复杂,中间有孔、有穴、有管子,用溶剂、刷子都不易洗干净,这时就可以求助超声。把零件放在一个加上少许溶剂的罐子中,加上超声,很快零件就内外都洗干净了。这也是空化气泡冲击污垢,把污垢膜击碎,把污垢从物体表面剥离下来,并加快污垢的溶解。

  10、超声粉碎
  为了得到颗粒很细的粉末,通常使用球磨机,一磨几个小时。用超声对颗粒进行粉碎,比一般研磨法所得到的颗粒更小、更均匀。

  11、超声搪锡
  铝的表面有一层很薄很牢固的氧化膜,这给焊接或搪锡都造成很大困难。将铝件放在有熔融锡的槽中,加上超声振动,在超声空化效应作用下,可以除去铝件表面的氧化膜,并在未接触空气前就把锡牢固地附在铝的表面。不过在熔融锡中,超声换能器要加上冷却水套,加以保护。

  12、超声加湿器
  空气太干燥往往会引发各种呼吸道疾病,所以在北方冬季常常要给空气加湿。目前市面上出现的超声加湿器实际上是超声雾化器,在强超声的作用下把水“打碎”成为水雾。这种水雾的水珠很细,直径只有几个微米,因此可以在很长的时间漂浮在空气中而不落下来。而且由于没有加热过程,所以不会影响室内的温度。

  13、超声焊接
  用超声可以焊接金属,也可以焊接塑料,某些难焊的特殊的稀有金属如钼、钛、铍等,在超声作用下也能焊接,所以在核工业、空间技术等领域中可能开发更多的应用。由于它具有基本不发热、不变形、不产生残余应力等特点,所以在焊接晶体管和集成电路芯片中的引出线等,有较大的优越性。

  14、超声马达
  超声马达是把电能转化为机械振动,然后再利用定子与转子之间的摩擦力使转子转动。超声马达与电马达相比,有转速低、力矩大、反应速度快、定位精度大、体积小、功率密度大、没有磁干扰、便于控制等优点。由于这些特点使其在机器人、计算机、仪器仪表及其他高技术产品中有很大的应用前景。

  来源:正升环境科技股份有限公司
  原题:高得听不见的声音——超声

回复
分享到:

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 我要加入

本版积分规则

快速回复 返回顶部 返回列表