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。

1.3超声效应当超声波在介质中传播时，由于超声波与介质的相互作用，使介质发生物理的和化学变化，从而产生一系列力学的、热学的、电磁学的和化学的超声效应，包括以下4种效应：(1)机械效应。

超声波的机械作用可促成液体的乳化、凝胶的液化和固体的分散。

当超声波在流体介质中形成驻波时，悬浮在流体中的微小颗粒因受机械力的作用而凝聚在波节处，在空间形成周期性的堆积。

超声波在压电材料和磁致伸缩材料中传播时，由于超声波的机械作用而引起的感生电极化和感生磁化。

(2)空化作用。

超声波作用于液体时可产生大量小气泡。

一个原因是液体内局部出现拉应力而形成负压，压强的降低使原来溶于液体的气体过饱和，而从液体逸出，成为小气泡。

另一原因是强大的拉应力把液体“撕开”形成空洞，称为空化。

(3)热效应。

由于超声波频率高，能量大，被介质吸收时能产生显著的热效应。

(4)化学效应。

超声波的作用可促使发生或加速某些化学反应。

2．超声波的应用超声效应已广泛用于实际，主要有如下几方面:2.1超声检测超声波的波长比一般声波要短，具有较好的方向性，而且能透过不透明物质，这一特性已被广泛用于超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声成像技术。

超声成像是利用超声波呈现不透明物内部形象的技术。

把从换能器发出的超声波经声透镜聚焦在不透明试样上，从试样透出的超声波携带了被照部位的信息，经声透镜汇聚在压电接收器上，所得电信号输入放大器，利用扫描系统可把不透明试样的形象显示在荧光屏上。

上述装置称为超声显微镜。

超声成像技术已在医疗检查方面获得普遍应用，在微电子器件制造业中用来对大规模集成电路进行检查，在材料科学中用来显示合金中不同组分的区域和晶粒间界等。

2.2超声处理利用超声的机械作用、空化作用、热效应和化学效应，可进行超声焊接、钻孔、固体的粉碎、乳化、脱气、除尘、去锅垢、清洗、灭菌、促进化学反应和进行生物学研究等，在工矿业、农业、医疗等各个部门获得了广泛应用。

2.3超声波清洗超声波清洗原理是由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质，清洗溶剂中超声波在清洗液中疏密相间的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的微小气泡，存在于液体中的微小气泡在声场的作用下振动，当声压达到一定值时，气泡迅速增长，然后突然闭合，在气泡闭合时产生冲击波，在其周围产生上千个大气压力，破坏不溶性污物而使它们分散于清洗液中，当团体粒子被油污裹着而粘附在清洗件表面时，油被乳化，固体粒子即脱离，从而达到清洗件表面净化的目的。

2.4超声波加湿理论研究表明，在振幅相同的条件下，一个物体振动的能量与振动频率成正比，超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，因而能量很大.在中国北方干燥的冬季，如果把超声波通入水罐中，剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴，再用小风扇把雾滴吹入室内，就可以增加室内空气湿度。

2.5超声波除螨科研人员发现，螨虫的听觉神经系统很脆弱，对特定频率的超声非常敏感，针对螨虫的这种生理特性，已有科技公司的研究人员开发出了超声波除螨仪。

这种新型的除螨产品采用现代微电子技术手段，直接用特殊频率的超声作用于螨虫的听觉神经系统，使其生理系统紊乱，烦躁不安，食欲不振，最终奄奄一息逐渐死亡。

采用这种原理的除螨产品不用添加任何化学药剂，无毒无二次污染，对人体和家中宠物都没有伤害，是比较理想的除螨产品。

2.6医学超声波检查医学超声波检查的工作原理与声纳有一定的相似性，即将超声波发射到人体内，当它在体内遇到界面时会发生反射及折射，并且在人体组织中可能被吸收而衰减。

因为人体各种组织的形态与结构是不相同的，因此其反射与折射以及吸收超声波的程度也就不同，医生通过仪器反映出的波型、曲线，或影象的特征来辨别。

3．超声波传感器的应用超声波定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御天敌及捕获猎物的生存手段，这些生物体可发射人们听不到的超声波(20kHz以上的机械波)，借助空气介质传播，根据猎物或障碍物反射回波的时间间隔及强弱，判断猎物的性质或障碍物的位置。

人们根据仿生学原理，开发出了超声波测距和无损探伤等一系列实用的超声波传感器。

超声波传感器是一种可逆换能器，利用晶体的压电效应和电致伸缩效应，将机械能与电能相互转换，实现对各种参量的测量。

3.1超声波测距超声波测距的基本原理是超声波发射传感器发出声波，声波遇到被测物体返回至超声波接收传感器，根据声波的传输时间，即可计算出被测距离。

超声波测距原理简单、数据处理速度快、安装维护方便和成本低等优点，在液位测量、机器人避障及精确测距定位等得到广泛的应用。

3.2超声波自动焊缝跟踪由于超声波传感器具有不受弧光和强电磁干扰、对检测物体表面起伏变化敏感、性价比高、可穿透烟尘等优点，近年来在焊缝跟踪中得到了一定的应用。

3.3超声波流量测量超声波流量检测的基本原理，是基于超声波在流体中传播的速度等于流体的流速与超声波速度的矢量和。

其具体实现方法有传播速度差法(包括差频法、时差法和相位差)、波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波法以及噪声法等。

3.4超声波液体浓度检测超声波液体浓度检测原理是基于超声波在液体中传播速度与液体浓度和温度之间存在着函数关系。

根据声学原理，液体中超声波传播的速度是液体弹性模量和密度的函数，超声波的速度随液体弹性模量或密度而变，同时也是溶液质量浓度和温度的函数。

因此只要在不同温度下测得超声波的传导速度，即可求出液体的质量浓度。

3.5超声波零件无损探伤超声波探伤既可以检测材料表面的缺陷，又可以检测内部几米深的缺陷，比×射线探伤灵敏度高、周期短，对人体无害等优点。

其缺点是要求工件表面平滑，有经验的检测人员才能判别出缺陷的类型，对缺陷没有直观性。

因此超声波探伤适合于厚度较大的零件检测。

4.超声波传感器的发展趋势超声波传感器作为典型的非接触检测技术，具有体积小、成本低，不受电磁、光线、烟雾等干扰的优点，具有广阔的发展前景。

综合分析了超声波传感器在测距等方面的应用现状、存在的问题及解决方法，对超声波传感器的发展趋势做以下几点展望：(1)集成化、高精度，未来的超声波传感器将内置温度补偿电路，当外界环境温度变化时，由温度补偿电路自动进行校对，提高测量的精度。

(2)提高抗干扰性，新型的超声波传感器感应头应具有更强的自我保护能力，可以抵御物质损害，适应比较脏乱的环境。

使得超声波传感器能适应恶劣环境测量。

(3)智能化、数字化，新型超声波传感器应易于调整、适应不同的测量距离，输出的信号有多种类型，使得应用更加灵活。

(4)多种传感器融合技术，随着工业现场对传感器的检测精度和可靠性要求越来越高，多种传感器(如激光测距、红外线等)与超声波传感器冗余结合使用，充分发挥各自的优势，提高传感器的总体性能，也将成为超声波传感器的一个发展趋势。

5.结语论文概述了超声波的产生，特点和主要参数，分析超声波效应在工业，农业中的广泛应用，尤其在检测技术方面，超声波传感器举足轻重的作用，最后对超声波的发展趋势作出展望。

参考文献[1]李敏哲，赵继印，李建坡．基于超声波传感器的无线液位测量系统[J]．仪表技术与传感器，2005(11)：35—3[2]丁立军，华亮。

陈峰．基于超声波传感器与红外传感器的移动机器人感测系统研制[J]．南通大学学报(自然科学版)，2008(6)：13—17[3]张展曙，叶建雄．超声波在焊缝跟踪中的应用[J]．焊接技术，2009(4)：1—4[4]孙长柏．声学测量中的声速补偿技术[J]．传感器技术学报，1996(4)：77—80[5]彭光俊，李文．现代无损探伤中的快速计算技术[J]．无损探伤，2001(1)：9—1[6]桂永芳，傅新，鲍敏．基于互相关理论的超声波气体流量测量电路系统[J]．工业仪表与自动化装置，2004(2)：15—1[7] 马立玲，郭坤，王军政．液体超声流量测量中的传播时间精度分析[J]．仪器仪表学报，2012，33(5)：1028．1034．[8] 张兴红，张慧，陈锡侯，等．一种精密测量超声波传输时间的方法[J]．北京理工大学学报，2011，3l(6)：717-721．[9]孟瑞锋，刘振锋，钟建军等．基于超声多重反射法测量高衰减流体媒质声阻抗及浓度．农业工程学报，2011，27(12)：156一159[10]李凯峻．超声波无损探伤的控制系统设计[J]．机械设计与制造，2008(8)：159—16[11]江泽涛，俞子荣，万光逵．微机化的超声液体浓度在线检测仪．仪器仪表学报，2001，22(3)：240—243[12]同恰新，刘红．低强度超声波强化污水生物处理机制[J]．环境科学，2006，27(4)：647_650．[13]马爽文，王鲜艳，李娟，等．超声波杀菌机理及其影响因素[J]．西安邮电学院学报，2011，16(增刊2)：39．41．[14]高国旺，等．超声波传感器流量测量的关键问题思考[J]．仪器仪表与分析监测，2006(2)：23—2[15]胡绳荪，张绍彬，候文考．焊缝跟踪中的非接触式超声波传感器的研究[J]．传感器技术，1999(2)：5—8[16] 李英龙, 李宝绵, 刘永涛, 高彩茹, 戴恩泰. 功率超声对Al-Si合金组织和性能的影响[J]. 中国有色金属学报, 1999, 9(4): 719−722.。