時間：2023-01-31 23:57:58
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇超聲波，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞： 超聲波輔助釬焊； 液態釬料； 固態母材； 填充金屬
中圖分類號： TG457.11
Abstract： The development of two kinds of ultrasonicassisted soldering technique is summarized at home and broad， including ultrasonic on the liquid solder and ultrasonic on the solid base method. The method and feature of ultrasonicassisted iron soldering /ultrasonicassisted precoated brazing/ ultrasonicassisted salt bath brazing/highfrequency laser modulation ultrasonicassisted soldering are introduced. The case about different materials brazed with filler metal by ultrasonicassisted on solid base metal is analyzed emphatically. The characteristic and performance of different ultrasonicassisted soldering method are analyzed， finally the prospect of ultrasonicassisted soldering technique is forecast.
Key words： ultrasonicassisted soldering； liquid solder； solid base metal； filler metal
0前言
超聲波為頻率大于20 kHz的聲波。當超聲波強度超過一定數值時，作為一種能量形式，它可以與傳播介質相互作用，改變傳播介質的狀態、性質及結構，超聲波的主要作用形式是聲空化和聲流效應[1]，利用超聲波在液體釬料中的振蕩，在液態釬料中產生空化現象，空化泡崩潰后所形成的沖擊波，能夠破壞母材表面的氧化膜，從而實現釬料與母材的潤濕結合，即超聲波輔助釬焊。
從上世紀70年代至今，超聲波輔助釬焊因其具有可以在非真空的條件下不采用釬劑就可實現釬焊的優點，一直被廣泛應用于各種結構件和電子元器件的連接中[2-6]。超聲波釬焊最早應用于鋁合金的釬焊，發明目的是為了實現在大氣條件下無釬劑的釬焊。根據超聲波的加載方式可以將其分為超聲波激勵液態釬料釬焊和超聲波激勵固態母材釬焊[7]。
本文主要概述了超聲波激勵液態釬料釬焊和超聲波激勵固態母材釬焊兩種形式的研究進展，并對后續超聲波釬焊的研究發展方向進行了展望。
1超聲波激勵液態釬料釬焊
1.1超聲波電烙鐵釬焊
超聲波電烙鐵是最早借助超聲波的物理效應進行焊接的形式。在20世紀30年代就開始有學者對其進行研究。Edison Welding Institute （EWI）[8]對超聲波電烙鐵釬焊進行了研究，認為其釬焊原理是當超聲波工具頭插入液態釬料中時，在超聲工具頭前端會產生大量的空化氣泡，而空化氣泡向固液界面運動，其近固液界面處發生崩潰對材料的表面產生破壞作用，使得釬料與母材發生作用從而實現界面的結合。Noltingk等[9]研制出了超聲烙鐵設備，用于鋁合金及其它輕合金金屬表面鍍錫，如圖1所示。
1.2超聲波預涂覆釬焊
1976年Wendt[10]申請了一項關于便攜式超聲波輔助釬焊設備的美國專利，其主要內容是將待焊管件表面超聲鍍覆上一層釬料金屬，超聲作用于管件上，管件另一側浸入熔融的釬料之中，超聲通過管件傳入釬料產生空化效應從而破除管件表面的氧化膜。日本的Naka等[11-13]將SiC、A12O3陶瓷浸入超聲波作用下的液態釬料池中，預涂覆一層金屬釬料，所用釬料以Zn-Al、Zn-Al-Cu和Zn-Sn為主。然后在超聲波輔助作用下實現了銅合金與SiC、A12O3陶瓷材料的釬焊連接，如圖2所示。超聲波對整個焊接過程的影響主要有：液態釬料與陶瓷界面處的氣體借助超聲波空化效應移除；液體束流沖擊陶瓷表面；陶瓷表面與液體釬料之間存在一定的摩擦作用。正是上述這些影響才使得陶瓷與釬料在超聲波的作用下實現有效結合。超聲波作用時間對接頭強度影響較大。圖2超聲波預涂覆A12O3/Cu釬焊
過程及釬焊接頭示意圖[13]
1.3超聲波鹽浴釬焊
1970～1980年間，在空調熱交換器生產過程中為了節省成本，常常采用鋁管代替銅管，但是常規釬焊時，不可避免地要使用釬劑，焊接后殘留的釬劑難于清理，因此采用超聲鹽浴釬焊來代替常規釬焊，提高了生產效率和焊接接頭的可靠性。焊接時將超聲工具頭作用于釬料池上，通過釬料池傳遞到熔融釬料中，同時在熔融釬料中產生空化效應，達到去除鋁合金基體表面氧化膜的目的。Graff[14]將熱交換器中U形彎管浸入超聲池中進行超聲波鹽浴釬焊，Gunkel[5]指出，接頭浸入釬料池中的深度、超聲波時間、預熱溫度和釬料化學成分等對潤濕結合均有影響。
1.4高頻激光調制超聲波釬焊
哈爾濱工業大學李明雨等[4]采用超聲波頻率的脈沖激光對釬料進行加熱使其熔化，熔化后的液體釬料球受到高頻的間斷性加熱時，其表面溫度場發生交變震蕩，而由于熱脹冷縮的作用，釬料液滴表面溫度的高頻震蕩影響產生高頻的往復機械振動，該機械振動會以疏密波的形式傳遞進入釬料內部，并可在液滴內部產生空化效應，從而促進釬料與母材基板的潤濕結合。該方法比較適用于電子行業中電路板封裝的焊接。
2超聲波激勵固態母材釬焊
超聲波激勵固態母材釬焊是將超聲波振動工具頭直接作用待焊位置附近的工件表面，而不與液態釬料形成直接接觸，超聲波振動通過工件傳遞進入液態釬料，利用超聲波效應使液態釬料在工件的表面上發生鋪展潤濕并與母材工件形成結合。
2.1大氣環境下超聲波激勵固態母材釬焊
在大氣環境下，利用超聲波的去膜效應，國內外不少專家學者利用Sn基、Al基、Sn-Al、Sn-Zn等固態釬料實現了鋁合金、鋁基復合材料、鈦合金、陶瓷、鈦合金與鋁合金、陶瓷與鈦合金等材料的超聲波釬焊。
Wielage等[15]采用超聲波釬焊的方法連接了A12O3顆粒增強的鋁基復合材料，選用Sn作為釬料，如圖3所示，將釬料箔放置于母材間的水平縫隙中并加熱至熔化，垂直于該縫隙面將超聲波振動施加于母材上板，并在一定的壓力下完成釬焊連接，作者認為空化效應和摩擦作用使得母材表面氧化膜去除，實現了釬料與母材的潤濕結合。
Nagaoka等[16]采用如圖4所示的超聲波輔助釬焊裝置，并采用Al基釬料實現了大氣條件下Ti/Ti以及Ti/SS（不銹鋼）的釬焊連接。Al基釬料為Al-2.5Mg-0.3Cr （ 質量分數，%），釬焊溫度為670 ℃，超聲波作用6 s即可實現完整無缺陷的接頭。
在許志武[17]研究的復合材料表面氧化膜的去除機制（潛流輔助破除機制和直接破除機制）的基礎上，趙維巍等[18]采用如圖5方式進行了Al18B4O33/Al基復合材料的超聲波輔助釬焊。發現在超聲波作用下液態Zn-Al釬料能夠快速地填充整個釬縫間隙，這是一種非潤濕填縫行為，并認為間隙內外的聲壓差是導致液態釬料毛細填縫的主要驅動力；采用甘油-水混合物代替釬料時，鋁合金表面被空化效應所破壞，深度可達300 nm，遠超過氧化膜厚度，因此提出空化破膜為液態釬料溶解母材表層提供通道。
張洋等[19]采用超聲波輔助毛細填縫和預置中間層兩種釬焊方法實現了高體積分數55vol.%SiCp/A356復合材料的釬焊連接。發現與復合材料基體合金相比，液態Zn-A1釬料潤濕復合材料表面SiC顆粒所需超聲波作用時間相對較長，且Zn-Al與SiC陶瓷形成電子型結合界面。當適當提高焊接溫度并施加超聲波作用足夠長時，釬料能夠對復合材料基體形成大量溶解，使得SiC顆粒進入焊縫，從而形成了SiC顆粒增強的復合焊縫。
李遠星等[20]采用Sn-Zn釬料實現了2024鋁合金的超聲波釬焊連接。發現與純Sn相比，采用Sn-4Zn釬料的接頭強度可提高4倍以上。采用純Sn的接頭斷裂發生于界面處，而采用Sn-4Zn的接頭斷裂發生于釬縫內部。在Sn-4Zn/2024A1界面處存在一層非晶過渡層，強化了界面結合，而非晶層的形成被認為是超聲波空化效應造成的。
馬志鵬[21]采用直接超聲波釬焊工藝和超聲波預涂覆釬焊工藝實現了TC4鈦合金和2A12鋁合金以及55%SiCp/ZL101A鋁基復合材料的非真空釬焊。釬焊前780 ℃TC4浸純鋁4 min后又在超聲波作用下420 ℃浸釬料2 min。研究發現浸ZnAl釬料時界面處形成塊狀的TiAl3化合物；而當浸ZnA10.8Si時，界面處的TiAl3化合物轉變為條狀的Ti7A15Si12化合物。研究發現超聲作用除了能夠去除母材氧化膜，還提高了液態原子的擴散速率，并降低了化合物的反應溫度和時間。
陳曉光[7]采用超聲波釬焊工藝實現了SiC陶瓷和Ti-6A1-4V鈦合金的釬焊，采用Al-12Si作為釬料，界面結合良好，但由于接頭殘余應力較大，SiC陶瓷內部發生開裂。通過將Sn、Zn、Mg等元素加入A1-12Si釬料中制備了A1-15.5Sn-9.5Si-4.5Zn-0.5Mg釬料，該釬料的凝固溫度降低至186℃，但熔化溫度仍高達561℃。采用該釬料超聲波釬焊連接SiC和Ti-6A1-4V，界面均實現了良好結合，且未發生SiC陶瓷開裂現象。
魏晶慧[22]采用超聲波釬焊工藝實現了 Fe36Ni合金與55%SiCp/A356復合材料異種材料的釬焊。當采用ZnA1Si作為釬料，合適工藝為Fe36Ni在下，鋁基復合材料在上，超聲加載在下板，最高接頭剪切強度可達到114 MPa，斷裂位置位于Fe36Ni合金側界面。當采用Sn20Zn釬料時，Fe36Ni合金側界面由自身連接時的FeZn化合物轉變為Fe3A12（SiO4）3 ，并且在焊接溫度300～360 ℃，超聲作用1～3 s，保溫時間0～60 min時，厚度和形貌不隨工藝參數的變化而變化。剪切強度穩定在75 MPa，斷裂位置位于Fe36Ni側界面的SnZn釬料中。
2.2超聲波輔助真空釬焊
以上的研究都是針對大氣環境下超聲波釬焊的研究，目前國內外對于真空環境下超聲波輔助釬焊的研究較少，這主要是由于大氣環境下利用超聲空化作用就可以代替釬劑去除氧化膜，即可實現接頭性能優良的超聲波釬焊，通常無需抽真空，大大降低了制造成本。但大氣環境下的超聲波釬焊不能在釬焊之前保護已經清潔的表面，也不能降低釬料本身的表面張力，對于一些抗高溫氧化能力較差的被焊母材和活性釬料，還有一些對性能要求較高的釬焊產品，在真空環境下進行超聲波釬焊還是有必要的。宋曉國[23]等人采用了超聲波輔助真空釬焊分別對2014鋁合金和55%SiCp/A356復合材料進行搭接焊接，均實現了良好的界面結合，獲得良好的接頭強度。
3結束語
超聲波釬焊由于其無需釬劑的性能，被廣泛應用于電子元器件的焊接中。目前超聲波釬焊的研究主要集中在對各種材料的焊接接頭力學性能和微觀組織的研究、氧化膜的破碎機理的研究，而在超聲波對于釬料潤濕影響、超聲波釬焊機理的研究還不多，建議今后對于超聲波釬焊研究的重點在于：①繼續新型材料以及新型連接材料的超聲波釬焊焊接工藝研究；②超聲波釬焊機理研究：釬料的潤濕及鋪展動力學、超聲波在焊件以及釬料中的傳播機制。
參考文獻
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【關鍵詞】超聲測距 AT89C51
近年來，隨著電子測量技術的發展，運用超聲波精確測量已成可能。隨著經濟發展，電子測量技術應用越來越廣泛，而超聲波測量精確高，成本低，性能穩定則備受青睞。隨著機器人技術在其誕生后短短幾十年中的迅猛發展，它的應用范圍也逐步由工業生產走向人們的生活。機器人通過其感知系統察覺前方障礙物距離和周圍環境來實現繞障、自動尋線、測距等功能。超聲波測距相對其他測距技術而言成本低廉，測量精度較高，不受環境的限制，應用方便，將它與紅外、灰度傳感器等結合共同實現機器人尋線和繞障功能。超聲波由于方向性強、衰減緩慢且在介質中傳播的距離較遠，因而經常用于距離的測量。主要應用于倒車雷達、測距儀、物位測量儀、移動機器人的研制、建筑施工工地以及一些工業現場等，例如：距離、液位、井深、管道長度、流速等場合。利用超聲波檢測往往響應速度快，且計算方便、易于實時控制，測量精度也能達到工業現場的要求，因此在現代控制和工業現場該方法得到廣泛的應用。
1 超聲波測距的原理
超聲波是指頻率高于20kHZ的機械波，其頻率較高，波長很短，在一定距離內沿直線傳播，具有優異的束射性與方向性。超聲波測距正是利用此特性，首先測出超聲波從發射到遇到障礙物反射回來所經歷的時間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離。測距的數學公式表示為：
S=C×T
式中S為測量的距離；C為超聲波在介質中的傳播速度；T為超聲波傳播的時間（T為發射到接收時間數值的1/2）。
2 誤差分析
由超聲波測距公式S=C×T，可知測距的誤差又兩個因素，其一為超聲波的傳播速度誤差，其二為測量距離傳播的時間誤差。
2.1 時間誤差
如果要求測距誤差小于1mm，假設已知超聲波速度C=340m/s （20℃室溫），忽略聲速的傳播誤差。時間誤差?t≤0.001/340≈0.000029s，即2.9μs。
忽略超聲波傳播速度誤差的前提下，時間誤差精度只要達到微秒級，就能達到測距誤差小于1mm的要求。實際測量中用12MHz晶體作時鐘基準的89C51單片機定時器能可靠的計數到1μs的精度，即滿足設計要求。
2.2 超聲波傳播速度誤差
超聲波的傳播速度與空氣的密度相關，空氣的密度高則傳播速度就快，而空氣的密度與溫度有著密切的聯系。根據實際測量經驗，超聲波速度與溫度關系如下：
C≈C0
公式中：T為空氣的絕對溫度。
C0為零攝氏度時的聲波傳播速度332m/s； 超聲波測距過程中就必須把超聲波傳播的環境溫度考慮進去，例如當溫度0℃時超聲波速度是332m/s， 30℃時是350m/s。
3 系統硬件設計
單片機控制發出超聲波，不斷檢測超聲波發射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發射和接收回波的時間差ΔT，然后求出距離S=C.ΔT/2，式中的C為超聲波波速。
首先我們知道AT89C51系列單片機內部是有2個16位定時器/計數器的，那么我們就用這個計時器進行計時。并且該系列單片機內部有一個寄存器，我們可以將從計時器獲得數據進行處理并寄存在單片機的寄存器中，利用單片機軟件編程與預存的超聲波傳播速度相乘，得出測量距離通過顯示電路將數據顯示出來。超聲波測距系統結構圖如圖1所示。
單片機發出40kHZ的信號，經放大后通過超聲波發射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號經放大器放大，用比較電路進行檢波處理后，啟動單片機中斷程序，測得時間為ΔT，等到把數據送到單片機后使用軟件對超聲波的傳播速度進行調整，使測量精度能夠達到要求。再由軟件進行判別、計算，得出距離數并送LED顯示。用復位電路重置系統后可進行下一次測試。
4 系統軟件設計
軟件采用模塊化設計方法，由主程序、超聲波發生子程序、超聲波接收中斷子程序、溫度測量子程序、距離計算子程序、顯示子程序、鍵盤掃描處理程序等模塊組成。
5 結論
該系統整體電路的控制核心為單片機AT89C51。超聲波發射和接收電路中都對相應信號進行整形及放大，以保證測量結果盡可能精確。超聲波探頭接口實現超聲波的發射和接收。等到把數據送到單片機后使用軟件對超聲波的傳播速度進行調整。整體結構包括超聲波發射電路、超聲波接收電路、放大電路、比較電路、震蕩電路、單片機電路、鍵盤輸入電路、電源電路、復位電路、顯示電路等幾部分模塊組成。經過設計調試該系統能夠滿足一般近距離測距的要求，且成本較低、有良好的性價比。當今汽車普及到千家萬戶，倒車雷達的需求不可謂不大，而本設計方法可以廣泛的應用于倒車雷達的測距中，所以其經濟效益非常可觀。
限制該系統的最大可測距離存在4個因素：超聲波的幅度、反射的質地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。為了增加所測量的覆蓋范圍、減小測量誤差，可采用多個超聲波換能器分別作為多路超聲波發射/接收的設計方法。
【關鍵詞】超聲波；起落架；測距
1.簡介航空飛行器
1.1 航空飛行器起落架現狀
目前航空飛行器上的起落架有三種情況，第一種是沒有起落架，比如滑翔機；第二種是固定的起落架，航模上大多數起落架就是這種不可收放的；第三種是可以收放的起落架，載人飛行器便是典型代表，這種起落架可以收放，但需要人來控制。在航空航天的領域，起落架對機而言，有很重要的意義。起落架能夠承受飛機在地面停放、滑行、起飛著陸滑跑時的重力；承受、消耗和吸收飛機在著陸與地面運動時的撞擊和顛簸能量；因此它的工作性能的好壞，直接影響著飛機的起飛、著陸性能和安全。
1.2 自動起落架的意義
由于目前航模上的不可收放起落架，影響外觀，在高速飛行時，增加飛行阻力，這時，暴露在外的起落架就嚴重影響了飛機的氣動性能；而另一種可以收放的起落架，也是需要人來手動控制的，當飛機降落遇到突況時沒人控制的話就不會打開起落架，從而造成事故。所以，如果能夠制作出一種通過單片機控制的自動收放的起落架，那么無論是運用于航空模型上還是真實的運用于小型飛機中，都可以大大降低危險事故發生可能性，保證飛行安全。
1.3 特色及創新性
一種新的收放控制方式，利用超聲波測距原理技術，超聲波受環境干擾小，不會因為光照等環境因素改變而受影響，測距較準確。運用單片機為核心的自動收放系統可以實現起落架收放的自動化，該系統成本低廉，運行可靠，方便擴展。靈活的供電方式，既可接2-6S鋰電，也可直接利用接收機供電整個系統電路板體積小巧，節能，全部采用貼片元件，體積為33mm×35mm，主控芯片能耗低成本低廉，制作簡單。制作簡單，成本低廉，所有元件不超過20個。可控制多路舵機，便于擴展，如結合襟翼、副翼等，實現襟翼、副翼的自動控制等。與單片機結合，可方便增加其他功能，如安全距離報警，定高等。
由于超聲波模塊的測距高度有一定限制，再加上測距的角度為15°，因此理論計算出我們的超聲波模適行速度在240.48km/h以內的模型飛機。
2.航空飛行器的硬件結構
2.1 機械結構
機械結構自動起落架包括三部分：超聲波測距模塊、控制板、起落架。整個系統的執行機構便是起落架這個機械機構，起落架采用成品的可收放起落架加裝兩個舵機帶動。將起落架和舵機安裝在合適的位置，讓起落架的輪子可自由縮放便可。
2.2 硬件電路
有了起落架這個機械結構，當然還得有相應的控制電路才能實現起落架的自動收放。小于這個安全距離則改變PWM占空比，控制舵機打開起落架，否則收起起落架。
3.航空飛行器的軟件部分
3.1 軟件部分相關介紹
功能：超聲波測距距離控制舵機角度
硬件：超聲波起落架控制板 ATmeag8 8MHZ
接口：超聲波發射 TrigPB1，接收 EchoPB0
舵機接 PC2、PC3、PC4、PC5
3.2 程序
#include
#include
#define distance 50
//安全值
#define PWM_O DDRC|=（1
//設為輸出
#define PWM_H PORTC|=（1
//輸出高
#define PWM_L PORTC&=～（1
#define PWM1_O DDRC|=（1
//設為輸出
#define PWM1_H PORTC|=（1
//輸出高
#define PWM1_L PORTC&=～（1
#define PWM2_O DDRC|=（1
//設為輸出
#define PWM2_H PORTC|=（1
//輸出高
#define PWM2_L PORTC&=～（1
#define PWM3_O DDRC|=（1
//設為輸出
#define PWM3_H PORTC|=（1
//輸出高
#define PWM3_L PORTC&=～（1
#define Trig_O DDRB|=（1
//發送端輸出
#define Echo_I DDRB&=～（1
#define Trig_H PORTB|=（1
//輸出高電平
#define Trig_L PORTB&=～（1
//輸出低電平
unsigned char T=80；
//周期值
unsigned char P=6；
//占空值，6：90°；4：45°；8：135°
unsigned char cishu； //
0.25us 溢出次數
unsigned int h，l；
//16 位定時器值高位低位
unsigned int time；
//計數值
10
10
float range；
//距離值
unsigned char flag；
//上升沿/下降沿標志位
void delay_us（unsigned int x）
//微秒延時
{
while（x--）
{
asm（"nop"）；
asm（"nop"）；
asm（"nop"）；
asm（"nop"）；
asm（"nop"）；
asm（"nop"）；
asm（"nop"）；
asm（"nop"）；
}
}
void delay_ms（unsigned int time）
//毫秒延時
{
while（time --）
{
delay_us（500）；
}
}
void Timer1_init（void）
參考文獻
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關鍵詞：微晶；殼聚糖；影響因素；保水性
中圖分類號：Q 539
文獻標識碼：A
文章編號：0367-6358(2007)12-741-03
作者簡介：李(1975-)。女，講師，主要從事化工化理的教學和殼聚糖的研究工作。
微晶殼聚糖(MCCh)具有特殊的超分子結構，是殼聚糖一種新的存在形式。與一般殼聚糖相℃比，具有保水性能好、成膜性好、生物相容性和抗菌能力強等優點，在許多領域可代替普通殼聚糖，而且還可以在一些普通殼聚糖不能應用的領域發揮作用如制備水凝膠和化妝品等。所以，制備微晶殼聚糖有著重要的意義。制備微晶殼聚糖關鍵在于降解方法的選擇，常用的降解方法有化學法和物理法，與化學法相比，超聲降解方法簡單、成本低、無污染，為低聚殼聚糖在醫藥、化妝品等方面的應用提供理想的實驗材料。本文采用超聲波對殼聚糖進行降解。制備了微晶殼聚糖，并以表征相對分子質量大小的特性粘度為性能指標研究了多種因素對殼聚糖特性粘度的影響。
1 實驗部分
1.1試劑與儀器
殼聚糖(脫乙酰度90％，青島金湖甲殼制品有限公司)；冰醋酸，氫氧化鈉，氯化鈉均為分析純；XMT型數顯超級恒溫槽(上海天平儀器廠)，多頭磁力加熱攪拌器(國華電器有限公司)，烏氏粘度計(上海前鋒橡膠玻璃制品廠)，KQ-400KDB型超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)。
1.2微晶殼聚糖的制備
稱取一定量的殼聚糖溶于2.0％(質量分數，以下同)HAc溶液中，在25℃下攪拌4 h，濾除不溶物，將濾液超聲降解一定時間后，再在一定溫度下加熱降解4h，然后用一定質量濃度的NaOH溶液中和，析出微晶，調節pH值大于8，冷卻抽濾，用蒸餾水洗凈得不溶性殼聚糖，并將產物在常壓下干燥，最后研磨、稱量。
1.3微晶殼聚糖的保水性測定
將試樣浸泡在過量的蒸餾水中，20 h后用濾布過濾，以4000 r／rain的速度離心10 min，稱量為M1，再在105℃下干燥至恒重，稱量為MO。試樣的水分保留值按下式計算：
水分保留值(WRV)=(M1-Mo)／Mo*100％
1.4特性粘度的測定
2 結果和討論
2.1單因素試驗結果與分析
2.1.1殼聚糖濃度的影響
由表1可看出，殼聚糖濃度很小時。加入NaOH溶液后，形成細小的片狀，無沉淀現象，分離比較困難，經濟性不好；濃度太大時，溶液粘度高，操作不方便，滴入堿液易結成大塊，不利于=攪拌均勻。因而殼聚糖濃度以1.2％較合適。
2.1.2超聲降解時間的影響
降解是大分子變成小分子的過程，若降解反應中盡可能使分子大小均勻，分子鏈段成有序排列，則可得到高結晶產品。因此，降解時間、溫度和降解方式必然會影響產品的粘度和相對分子質量。由圖1可知，隨著反應時間的延長，則產品的粘度會降低從而相對分子質量減小，降解時間達到4 h后，相對分子質量減小不顯著。所以，合適的降解時間為4 h左右。
2.1.3 NaOH溶液濃度的影響
微晶的形成在于最后的中和聚集，晶體的大小形狀也取決于此。本實驗用NaOH溶液中和，當溶液的pH值大于8時，微晶殼聚糖全部析出。NaOH溶液的濃度決定了微晶的絮凝和沉淀速度。即影響了產品的結晶度和相對分子質量。對最終pH值，控制在7―8較好；若大于8，下一步洗滌至中性較困難，若小于7，沉淀不完全，殼聚糖的利用率不高。
由圖2可以看出當NaOH的濃度高于5％后，殼聚糖的特性粘度減小不明顯，且試驗過程中發現濃度大的NaOH在滴加過程中不好控制。局部濃度較大，形成大硬塊的殼聚糖鹽，而用5％的NaOH溶液中和。形成的顆粒細小均勻。故NaOH溶液的最適宜濃度為5％。
2.1.4干燥條件對微晶殼聚糖產品的影響
干燥溫度對微晶殼聚糖產品的影響如表2所示。由表2可見，干燥溫度為25℃時，微晶殼聚糖的顏色為黃白色，隨溫度升高顏色加深，這是由于高溫下發色基團活躍，使微晶殼聚糖的顏色變深的緣故；且隨著溫度升高，分子運動能量增大，水分子蒸發加快，干燥速度也加快，分子之間的堆砌緊密，晶粒較大，干燥后樣品硬度增大，很難粉碎。所以，干燥溫度不宜高，在25℃或室溫條件下干燥即可。低溫下大分子運動能量小，但水分子蒸發很慢，大分子間有水分子作劑，分子運動的阻力較小，易結晶，晶粒較小，因而干燥后樣品硬度小較松脆，但干燥時間較長。
2.1.5最優操作條件
綜合上述各種條件影響的研究結果，確定最優工藝條件為；殼聚糖濃度1.2％、降解時間為4 h、NaOH的濃度為5％。干燥溫度為25℃。干燥時間為96 h。
2.2微晶殼聚糖的保水值(WRV)
將原料先聚糖及最優條件下得到的微晶殼聚糖粉末過100目進行水分保留值測定。微晶殼聚糖和殼聚糖的WRY分別為194％和98％。微晶殼聚糖的保水值幾乎為殼聚糖的2倍。
2.3產物的結構表征
在最優試驗條件下的產品用JEM-100CXⅡ型透射電子顯微鏡(TEM)檢測結果如圖3所示，顯示結晶物為顆粒狀物質。粒徑小且分散性好，顆粒平均粒徑在5um左右。
3 結論
(1)用超聲波降解方法制備出微晶殼聚糖，對影響殼聚糖相對分子質量大小的因素進行了研究，得出了最優條件為殼聚糖濃度為1.2％、降解時間為4 h、NaOH的濃度為5％。
(2)最優條件下制備的殼聚糖保水性幾乎為普通殼聚糖的2倍。
(3)產物的結構采用TEM進行檢測，顆粒平均粒徑在5,urn左右。
(2)通過規律性實驗得到影響產率的各個因素對產率的影響規律與正交實驗結果相同。
關鍵詞：測距；超聲波傳感器；STM32； 1602顯示屏
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）35-0238-02
當今社會測距是很普遍也很重要的問題，許多場合下需要準確、迅速、實時的測距。例如盲人在行走的過程中，需要一個裝置來檢測前方有無障礙物，在距離障礙物距離過近的時候必須可以報警；又如汽車倒車的時候也需要檢測車尾與車庫的距離，在危險距離的時候可以報警，使車主可以及時剎車，避免發生事故；再如一些的門口也需要測距的裝置，當有人靠近的時候，會發出警報，使該區域的安全性得到保障。目前，測距的方法很多，如紅外檢測具有造價低、安全性能好、制作簡單等優點；缺點是檢測精度低、實用性低。由于超聲測距是一種非接觸式檢測，其抗干擾能力較強，如光源、氣候對超聲的干擾都比較小，相比于其他的技術更精確，更安全。同時，超聲測距具有少維護、不污染、高可靠、長壽命等特點。基于這一現狀，本設計選用超聲波來檢測距離。
1 系統的整體設計
針對上述問題，本出如下的設計：先由超聲波傳感器向正前方發射超聲波，與此同時開始計時，超聲波沿著前進的方向傳播，由于超聲波能感應到障礙物，因此傳播過程中碰到障礙物就會立即朝反方向回傳，這樣超聲波接收器就可以接收到因障礙物而回傳的超聲波，同時，計時停止。超聲波在空氣中的傳播速度v，設傳播時間為t，那么單程傳播的為t/2，由距離（s）=速度（v）時間（t）/2，就可以計算出發射點距障礙物的距離（s）。同時一方面將距離（s）由顯示屏顯示出來，讓使用者能對前方有無障礙物一目了然，并且還能掌握障礙物與其的具體距離；另一方面，設置一個距離最小值，也成閾值，當障礙物的距離小于這個閾值的時候，單片機會給報警器發出報警信號，使報警器報警，讓使用者能夠迅速準確的做出應對措施。超聲波測距原理如圖1所示。
2 系統的硬件設計
2.1 硬件器件的x型
本設計的傳感器選取的是非接觸式的HC-SR04超聲波測距模塊，HC-SR04超聲波測距模塊使用成本低、抗干擾能力強并且準確性能好。單片機選取ARM系列最新、最先進構架的Cortex-M3內核的STM32，STM32不僅性能優越，而且價格便宜，所以本設計選取它作為主處理器。由于本設計的顯示屏只需要顯示距離信號，所以選取易于控制、成本低的1602顯示屏。
2.2 硬件設計
硬件的組成可以分為兩個部分：第一部分由超聲波傳感器以及STM32處理器組成，為檢測部分，具體作用為：首先由STM32控制超聲波發射器發射超聲波，與此同時STM32控制定時器開始計時，由于超聲波是沿著直線傳播，當在前方遇見障礙物時，超聲波會立即反射回來，當超聲波傳感器接收到超聲波的時候STM32控制計時結束；第二部分由1602顯示屏、報警電路組成，STM32檢測計算出來的距離會由1602顯示屏顯示出來，當距離小于預先給STM32設定的閾值時，STM32會立即給報警電路發出報警信號，使蜂鳴器報警。報警部分由蜂鳴器和報警電路組成，報警電路如圖3所示。
3 系統的軟件設計
軟件的設計主要是對STM32的編程，首先初始化串口和定時器，并且預先設置好閾值。接著給連接超聲波傳感器的IO口發出指令，開始發射超聲波，并且由STM32控制定時器開始計數；接著實時監測超聲波接收器有無信號的讀取，若有，則說明前方有障礙物，定時器停止計數。取定時器的計數差值，由定時器計數的差值可以計算出共同的時間，而單向路程所需的時間為共同時間的一半，就可以計算出障礙物與超聲波傳感器的距離。同時還要將這個距離與預先設置好的閾值進行比較，若距離值小于閾值，則STM32會給報警電路發出報警信號，達到報警效果。
4 實驗結果分析
隨機選取不同的距離、不同材質的障礙物進行檢測十次，每當達到檢測范圍的時候，顯示屏每次都能準確的顯示出障礙物的距離，并且當過度靠近障礙物的時候，蜂鳴器每次都會發出報警。結果表明本文設計的超聲波測距系統能夠準確的實現測距和報警的目的，滿足當前市場的要求，同時制作簡易，具有很好的發展和使用前景。
參考文獻：
[1] 胡萍.超聲波測距儀的研制[J].計算機與現代化，2003（10）：54-57.
關鍵詞：AT89S51單片機 SRF08模塊 超聲波 測距儀
中圖分類號：TP274.53 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）02-0165-02
隨著社會的不斷進步，汽車逐步進入到普通家庭，汽車中的各種電子設備越來越方便化和人性化，這其中倒車雷達是保證汽車安全性能的一個重要電子模塊。現在市場上所使用的倒車雷達其實就是一種常見的超聲波測距儀，駕駛者在倒車時，啟動倒車雷達，在單片機的控制下，有裝在車尾的超聲波探頭發射超聲波，當遇到車后有障礙物時，產生回波信號，超聲波接收頭接收到回波信號后經過單片機進行數據處理，通過計算時間差就可以測量出兩者之間相隔的距離。同時，還可以通過顯示模塊或發聲模塊向外輸出信號，提示駕駛者后方障礙物的距離，使其對倒車動作有個預先判斷。由此可以看出超聲波測距是當前非常流行的一種非接觸式的測距方式，其測距方式不易受外界影響，更適宜在有強電磁波、灰塵或煙霧的環境中進行測量，而且對于一些透明的物體更有其優越性。相比于激光測距和微波測距，超聲波的測量精度不是很精密，但其硬件電路容易實現，結構簡單，造價低廉，在一些倒車雷達，流量測量，液面監控，物體變形檢測等方面還是有廣泛的應用。
1 系統設計要求和設計思路
本系統設計采用AT89S51單片機作為核心控制芯片，使用SRF08型超聲波測距模塊對障礙物位置進行檢測。當檢測到障礙物距離超聲波模塊小于5米時，系統指示燈亮起，并發出單次提示音；當障礙物繼續靠近，距離超聲波模塊小于3米時，系統的蜂鳴器開始發出間隔不同的連續報警音，距離越近報警音的間隔越小，直到報警音成為長音報警聲。在發出報警聲的同時，通過液晶顯示器顯示當前的距離，方便使用者有一個量化的數據。
1.1 超聲波測距技術介紹
超聲波是指振動頻率大于20KHz以上的聲波，由于其振動的頻率非常高，超過了人耳聽覺的頻率范圍，因此人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲波具有聚束、定向及反射、透射等特性，利用超聲波的這些特性以及與物體作用產生的各種效用而設計的傳感器叫做超聲波傳感器，由于其檢測方便、迅速，計算方法簡單且精度較高，所以經常在使用在距離測量方面。
超聲波傳感器根據原理不同可以分為壓電式、電磁式和磁致伸縮式等。其中，壓電式超聲波傳感器使用最為常見，它是根據壓電效應的原理制作而成，既可以作為發射器也可以作為接收器使用。壓電式超聲波傳感器是由壓電晶片、吸收塊、保護膜、引線等組成。當作為發射器時，給傳感器兩級加上一個頻率等于壓電晶片固有振蕩頻率的脈沖信號時，壓電晶片將會發生振動，繼而向外發出超聲波；當作為接收器時，傳感器兩級不加電壓，當其接收到超聲波時，壓電晶片隨之振動，并將機械能轉換為電信號。超聲波模塊測距原理是根據發出超聲波后到檢測到回波信號的時間t來計算傳感器和障礙物的距離，由于已知聲波的速度，其計算公式如下：距離=340*t/2。
1.2 SRF08型超聲波測距模塊簡介
SRF08型超聲波測距模塊采用I2C總線接口設計，可以與多種單片機配合使用，其使用方便，操作方法完全按照I2C總線協議來處理。SRF08型超聲波測距模塊的工作特性如下：工作電壓為+5V；工作電流最大為50mA，典型值為30mA；工作頻率為40KHz，距離范圍為3cm―6m；探測半徑大于2m時，敏感度為3cm；當輸入10us的TTL脈沖信號時，將產生超聲波信號；回波脈沖也是TTL電平信號；可以設置為人工神經網絡模式。由兩個超聲波探頭和基礎板組成，其中引出5個引腳與外界通信與控制，這5個引腳分別是VCC，SDA，SCL，NC，GND。SRF08型超聲波測距模塊可以設置為測距模式和ANN模式兩種工作模式，本文主要介紹測距模式。在測距模式下，每向命令寄存器寫入一次命令就會啟動一次測距，同時清除回波記錄緩沖區中的數據，測量得到的結果按照順序以2個字節為單位依次存入寄存器中。如果要修改SRF08型超聲波測距模塊地址，則需要向I2C總線上的地址依次寫入0xA0，0xA5，0xAA，之后再寫入修改地址。
2 硬件電路設計
超聲波測距儀的硬件設計主要是以AT89S51單片機為核心，并配有復位電路和時鐘電路，主要電路模塊包括：測距模塊，顯示模塊，按鍵模塊，發聲模塊。由于SRF08型超聲波測距模塊采用I2C總線協議，與單片機通信只需要SDA和SCL兩根通信線，硬件連接相對比較簡單。顯示模塊采用LCD液晶顯示，P0口連接8根數據引腳，P2口的三根引腳連接控制引腳，其它外部設備例如蜂鳴器、LED指示燈、按鍵等通過三極管或電阻直接與單片機IO引腳連接即可。硬件原理圖如圖1所示。
3 軟件程序設計
本系統的單片機內部程序主要是實現從SRF08型超聲波測距模塊中讀取距離信息，之后進入到單片機內部處理，并通過LCD顯示出來，這當中還與程序中的設定值進行比較，控制指示燈和蜂鳴器發出光信號和聲音報警。整個程序分為主程序，超聲波測距子程序，顯示子程序，延時函數等。主程序流程圖如圖2所示。
4 結語
本文給出了一種采用SRF08型超聲波測距模塊設計并制作超聲波測距儀的方法。利用測距模塊測量距離并通過I2C總線協議輸出距離信息，這種集成模塊的使用符合現今電子產品設計的主流，具有硬件設計簡單，軟件設計實現容易等特點，具有一定的推廣價值。對于后期的功能擴展，可以增加存儲功能和語音播報功能，使超聲波測距儀的功能更加完善。
參考文獻
[1]明鑫.基于單片機的超聲波傳感器設計[J].科技信息，2014（1）：77，78.
關鍵詞：荸薺；多糖；超聲波輔助提取
中圖分類號：TQ 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914x（2014）08-01-01
荸薺在中國長江流域以南各省均有栽培[1]。荸薺汁多味甜，自古有“地下雪梨”和“江南人參”的美譽，營養豐富。據測定，每100克荸薺鮮品中，含碳水化合物21.8 g，蛋白質1.5 g，脂肪0.1 g，粗纖維0.5 g，鈣5 mg，磷68 mg，鐵0.5 mg，胡 蘿卜素0.01 mg，VB 10.04 mg，VB2 0.02 mg，VC 3 mg[2]。此外，還有很好的醫療保健效果，根據《中藥大辭典》記載：荸薺性味甘、微寒、無毒，有溫中益氣，清熱開胃，消食化痰之功效[3]。目前，荸薺作為一種藥食兼用的果蔬類食品深受大眾的喜愛[4]。
迄今為止有關荸薺多糖的研究鮮有報道。近年來，超聲波技術應用廣泛，它可極大地提高提取效率，節約溶劑，避免高溫對提取成分的影響，與常規提取法相比，具有提取高效、節能、省時等優點。因此，本實驗采用超聲波技術提取荸薺多糖，研究結果可為荸薺的精深加工和多糖類藥物的開發等提供參考。
1 方法
荸薺（Eleocharis dulcis），市售。取荸薺去皮，冼凈，切成小塊，用組織搗碎機搗碎成荸薺泥（根據GB T 5497-85，抽樣檢測樣品中水分含量為85.56%）備用。荸薺再進行多糖的提取（α-淀粉酶消化，濃縮，再消化，離心去沉淀）以及多糖的純化（去蛋白，冷凍干燥）。
1.2 超聲波輔助提取荸薺多糖單因素試驗
1.2. 1 超聲波功率對荸薺多糖得率的影響的測定 稱取相同質量（10g）的荸薺泥10份，各加入15倍量的雙蒸餾水，分別用200、250、300、350、400 W功率的超聲波在50℃下處理20 min，再用80%乙醇醇析，考察超聲波功率對多糖得率的影響。每個試驗組設1個平行組，計算多糖的得率，結果取平均值。實驗結果表明，超聲波功率在200～300w時，隨著超聲功率的增大，多糖得率上升。超聲波功率在300～400w時，隨著超聲功率的增大，多糖得率逐漸下降。因此，提取荸薺多糖的最佳超聲功率是300W。
1.2. 2 料液比對荸薺多糖得率的影響的測定 稱取相同質量（10g）的荸薺泥10份，分別加入5、10、15、20、25倍量的蒸餾水，以300 W功率的超聲波在50℃下處理20 min，再用80%乙醇醇析，考察料液比對多糖得率的影響。每個試驗組設1個平行組，計算多糖的得率，結果取平均值。實驗結果表明：料液比為 1：10時，多糖得率最高。
1.2. 3 提取溫度對荸薺多糖得率的影響的測定 稱取相同質量（10g）的荸薺泥10份，各加入15倍量的蒸餾水，以300 W功率的超聲波分別在30、40、50、60、70℃下處理20 min，再用80%乙醇醇析，考察提取溫度對多糖得率的影響。每個試驗組設1個平行組，計算多糖的得率，結果取平均值。實驗結果在30～50℃時，荸薺多糖得率隨溫度的上升而上升。在50～70℃時，荸薺多糖得率隨溫度的上升而下降。這可能是溫度過高，引起了多糖的降解。因此，在本實驗條件下50℃為適宜的提取溫度。
1.2. 4 超聲處理時間對荸薺多糖得率的影響的測定 稱取相同質量（10g）的荸薺泥10份，各加入15倍量的蒸餾水，以300 W功率的超聲波在50℃下分別處理10、15、20、25、30 min，再用80%乙醇醇析，考察超聲處理時間對多糖得率的影響。每個試驗組設1個平行組，計算多糖的得率，結果取平均值。實驗結果表明，處理時間小于20 min時，隨著時間的增加多糖得率緩慢增加。處理時間在20～25min時，多糖得率顯著增大，因此，超聲波處理時間為25min適宜。
2結論
本研究結果表明，在本實驗條件下，在影響荸薺多糖得率的4個主要因素中，料液比影響最顯著，其次為處理溫度，再次為超聲波功率，接下來為超聲時間，最后為乙醇濃度。荸薺多糖超聲提取法提取的最佳工藝條件為：處理溫度50℃，料液比1∶10，超聲時間25min，超聲功率300W。
參考文獻：
[1] 廣東省植物研究所. 海南植物志：第四卷[M]. 北京： 科學出版社， 1977： 9.
[2] 麻成金， 黃群， 余佶， 等. 荸薺保健醋釀造工藝研究[J]. 食品科學， 2007， 28（8）： 178～ 181.
關鍵詞：超聲波 介質 能量 衰減
中圖分類號：TE254 文獻標識碼：A 文章編號：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，在一定的溫度下經極化處理后，具有壓電效應。當發射端的壓電陶瓷固有頻率等于信號發生器的發射頻率時，將產生共振，發射端產生超聲波。并且向前傳播。當超聲波傳到接收端時，壓電陶瓷也將產生共振，在經過轉化電路把壓電陶瓷的機械能轉化為電信號傳給示波器，可以將信號發生器的脈沖信號表示成： （1）
當壓電陶瓷換能器發射端的超聲波經過介質傳到接收器，并且發射器探頭與接收器探頭平行時，在接收器與發射器之間，入射波與反射波相干疊加，當放入介質的時候峰-峰值會隨著探頭的距離變化而發生變化。
2 利用極大值法測量
2.1 超聲波在紙張里的能量衰減
測量數據如表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）。
根據表1數據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
測量數據如表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）。
根據表2數據，得出超聲波在布料中的能量衰減曲線如圖2所示。
3 超聲波在介質中傳播能量損失的原因分析
通過對超聲波能量在介質中的損失研究表明，損失主要由以下幾個原因造成。
3.1 吸收損耗
由于超聲波在介質中傳播時介質非理想，不均勻，使物質內部的分子之間相互運動，導致超聲波能量被介質吸收而轉化為熱能。超聲波的能量衰減程度會隨著物質的致密性增加而增加。
3.2 擴散損耗
超聲波在傳輸過程中波陣面不斷擴大，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，表現為聲強的衰減，所以超聲波的能量隨著超聲波在物質中的傳播距離的增加而減弱。隨著距離的衰減而加強。
3.3 散射損耗
超聲波在傳播過程中，遇到不同介質時，將發生散射，從而損失超聲波的能量，散射主要發生在介質的粗大晶粒表面。由于晶粒排列不規則，在傾斜的界面上發生反射、折射等，導致能量損耗。
4 超聲波在紙張和布料不同介質中的能量衰減對比圖
圖3中測量點為“”表示紙張圖線，對超聲波的衰減特別大，有一層紙（紙張厚度d1=0.040 mm/層）已經將同樣大小的超聲波，差不多已損失殆盡，而另一測量點為“■”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，兩種介質對超聲波的衰減趨勢將變得緩慢。
在研究中通過對數據的分析發現超聲波在不同的介質中能量的衰減變化不相同，超聲波會隨著材料的材質，還有物質的厚度發生變化，并且會有超聲波次極大值的出現，在超聲波測量當中要嚴格地把握材料的相似性。有些沒有辦法避免的因素，應該用控制變量的方法，得出每一個影響超聲波能量的因素。
超聲波在介質傳播過程中，伴隨著介質形變、壓縮、溫度升高等一些現象，并且在介質內部產生內摩擦，使得超聲波的能量減弱，通過實驗發現，超聲波在不同的物質中，它的衰減程度不相同，在均勻致密的物質衰減的程度遠遠大于在不均勻稀疏的物質，這其中吸收損耗占主要作用，但是隨著介質厚度的增加，能量衰減曲線的變化變得非常緩慢，這時起主要作用的是擴散損耗，當介質的厚度到達一定程度，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。所以超聲波在介質中的能量損失是有幾種損失共同作用的結果，隨著材料的不同、結構的不同，發生著變化。
參考文獻
[1] 康崇，關春穎，孫晶華，等.大學物理實驗[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出社，2006.
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[3] 陳潔，蘇建新.聲速測量實驗有關問題的研究[J].物理實驗，2008，28（6）：31-33，38.
【關鍵詞】超聲波探傷；無損檢測系統；焊縫
0 前言
超聲波探傷檢測技術是無損檢測中的一項較為傳統的檢測方法。發展至今，超聲波檢測技術水平和手段都發展得較為成熟。國內外專家、學者對該領域的研究工作從未停歇，隨著多種質量檢測技術的不斷完善，超聲波探傷檢測也必然面臨著技術改革。在對于機械生產中焊縫質量檢驗的過程中，應用超聲波探傷檢測技術進行質檢具有其獨特的意義。在研讀大量專家的著作后，筆者對于該內容的研究也有一定的看法，以期能將其中較為有益的研究成果應用于實際生產。
1 超聲波探傷檢測系統概述
無損檢測技術一般是指在不損傷被測物體的基礎上，將該物體表面及其內部結構中存在的缺陷檢測出來，提示給操作人員進行修正。在檢測過程中，不僅要對電、磁、熱等外界環境對物體性質的影響檢測出來，還要對該物體本身存在缺陷或潛在問題的性質、狀況、位置等各項數據指標明確的顯示出來，輔助工作人員做出精準的判別[1]。超聲波探傷檢測系統屬于無損檢測技術的一個技術分支，并且通過長期實踐應用，該技術已經成為現代工業生產質檢環節中一項不可或缺的重要技術支撐。
1.1 超聲波探傷檢測技術的特性
在無損超聲波探傷檢測技術與磁粉檢測技術、射線檢測技術等相比，具有檢測對象范圍廣、檢測深度大等特點；與微波檢測技術、紅外檢測技術相比具有定位更準確、靈敏度更高、對人體無害等特點[2]。總之，超聲波探傷檢測技術是目前國內外應用范圍最廣的無損檢測技術。超聲波探傷檢測技術系統在工業產業鏈條中起到了重要的支撐作用。
1.2 超聲波探傷檢測技術的實際應用
隨著工業生產過程中對于檢測效率和機械設備可靠性的要求不斷提高，超聲波探傷檢測技術的實施過程更加快捷。該技術應用與工業焊縫質量的檢測環節中，能夠較快速的將焊縫的缺陷呈現出來，而且顯示內容更為直觀，顯示位置更為精準。同時，工業生產領域對于機械設備缺陷的定量定性分析與研究也隨之發展，從而促進超聲波探傷檢測焊縫質量過程的進一步完善。
2 關于應用超聲波探傷檢測系統檢測焊縫的研究
國內外專家、學者對于無損檢測技術的研究與實踐的內容都較為豐富，對于實際的工業生產起到了重要的指導作用。其中，超聲波探傷檢測焊縫質量的工作原理通過具體的工序環節內容可以很明顯的呈現出來。并且，通過一系列具體的模擬實驗過程，探究到超聲波探傷檢測技術的未來發展方向，如果加以改良，將對實際的工業生產領域帶來幫助，提升該技術系統的自動化處理水平。
2.1 超聲波探傷檢系統的工作原理
超聲波探傷檢測技術用于焊縫質量檢測的過程中的工作機理分為三個主要步驟：首先，由超聲波發射電路所產生的高壓負荷脈沖激發機械探頭所產生的超聲波；其次，由設備內部的發射電路所發射的超聲波在焊縫的表面產生一定的反射波，該波段能夠在一定程度上將監測內容呈現出來；最后，將接收到的反射波進行前置調理以后，使得超聲波信號在自身系統的告訴采集模塊中進行分析，并且將模擬信號束縛到超聲波的檢測范圍之內。另外，通過超聲波探傷檢測技術系統的運行，將高速模塊與數據模塊中的信息進行存儲，將分析處理之后的數字量傳導給該系統的顯示屏中，從而實現超聲波探傷檢測技術的分析與處理過程[3]。該技術的應用，提高了工業制造環節中各類焊縫焊接的生產質量。
2.2 超聲波探傷檢測焊縫的發展趨勢研究
為了進一步研究超聲波探傷檢測技術在焊縫質量檢測工作中的實際應用狀況，筆者采取了一系列的檢測實驗。在保證工作正常進行的前提下，探究如何提高超聲波探傷檢測技術的實效性，以便于更好的應用于實際的焊縫質量檢測工作中。
在實驗中，筆者采用在生產生普遍存在的焊接面，利用超聲波信號的單晶直探頭作為數據信息的發射與接收端。接下來，針對接收端所接收到的超聲波信號作為模擬采集信號，并將其輸入到超聲檢測系統的模塊之中。在經過對輸入信號的處理之后，對數據信息和分析處理結果進行整合，最后在該系統的顯示屏觀測波形顯示的結果。系統計算模塊對于焊縫缺陷的定位、定性以及定量都能起到很好的輔助作用[4]。
通過對超聲波探傷檢測技術應用在焊縫質量檢測的實驗過程的分析，令該技術的各項環節更為細致化的呈現出來。究其運作機理可以得知，如果能將更新的信息技術手段與之相融合，可使該項技術得到進一步的升級，實際的檢測工作效果會更加明顯。在現代化的社會生產環境中，人們的工作和生活都離不開網絡信息技術的應用[5]。基于此，我國當前的超聲波檢測焊縫質量的過程，需要緊跟世界發達國家的超聲波檢測技術的發展潮流，將該技術進行進一步的完善，提升該技術系統的運作效能。而且，焊接質量的好壞將直接影響到整個生產過程或工程的質量，管道焊接質量的優劣依賴于無損檢測技術。隨著邊緣技術的革新，將此項技術的研究方向與時代信息技術的發展相結合，已經成為工業領域發展的必然趨勢。這就需要相關技術人員與國家科研人員著力開發數字化與智能化的技術平臺，加強超聲波探傷檢測技術本身的自動化優勢，令焊縫質量的檢測結果更加精準。
3 結束語
通過系統的研究與分析，并結合大量專家學者對超聲波探傷檢測技術的研究，對無損檢測中的超聲波探傷檢測技術的探究有了更進一步的認識。該技術具有較強的穩定性與可靠性等特點，在對于焊接質量的檢測工作中，利用該技術手段，可以避免相當一部分生產事故的發生，從而令生產環節更加安全，保證我國工業生產鏈條的有序運行。
【參考文獻】
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關鍵詞：超聲波、磨削、振動、加工材料
1 超聲波磨削加工的專利概況
（1）按照申請和公開的年份進行統計分析
圖2-1可以看出，在國內1990以前，專利涉及超聲磨削加工的比較少，我國超聲波磨削加工起步比較晚，1990-2005年，經歷了初步發展期，理論初步形成，2005-至今，技術發展比較迅速，高校和企業的專利申請比較活躍，說明超聲波磨削加工技術逐漸成熟，在加工生產中應用廣泛。國外超聲波磨削加工起步比較早，在1975年有專利申請，申請量也是逐步增加，其中1975-1990年，申請量一直處于小幅的增長過程中，處于初步發展階段；在1990-2000年，經歷了快速發展階段，申請量增長量比較快，技術發展比較成熟；2000至今，處于緩慢增加，申請量維持較高水平。
圖1-1 超聲波磨削加工的國內外專利申請量趨勢
2 超聲波磨削加工技術發展
超聲波磨削加工裝置的發展主要體現在超聲波加工技術的應用和改進。加工材料主要包括工程陶瓷、石英、光學玻璃、單晶硅、寶石、硬質合金、復合材料等硬脆性材料，S著材料的廣泛應用，也促進了超聲波磨削加工的快速發展。隨著超聲波加工技術的發展，以及加工材料精度高，超聲波磨削技術逐漸與其他表面加工方式結合對工件進行加工，如電化學加工、電解研磨[1]。
3 結語
本文通過對超聲波磨削加工的專利申請的分析，概覽了該領域專利申請的總體情況，分別從年度走勢、申請人情況、發展趨勢等方面進行分析。通過分析可知，近年基于超聲波磨削加工領域的專利申請迅速增多，申請人在該領域專利布局逐漸加強，但國內申請人重要集中在高校；針對目前這種情況，企業應該加強對專利的認識，研究基于超聲波磨削加工領域中出現的新技術和新方向，引導各企業和科研機構積極研發核心技術并促進專利成果轉化。
關鍵詞：類球紅細菌；輔酶Q10；單位細胞產量
中圖分類號 Q939.97 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）06-23-03
輔酶Q10，又稱癸烯醌、泛醌（商品名：Coenzyme Q10，簡稱CoQ10），是一種存在于革蘭氏陰性細菌、植物細胞和動物肝臟中的脂溶性醌類化合物，是細胞呼吸傳遞鏈上的重要遞氫體[1]。輔酶Q10作為一種生理活性物質，具有保健、改善作用，因此被廣泛應用于藥業、化妝和食品產業[2]。輔酶Q10參與細胞的代謝活動，并且可以用來治療心臟病、高膽固醇、高血壓、老年癡呆癥、帕金森癥等疾病[3]。
目前制備生產輔酶Q10的方法有微生物發酵法、化學合成法和動植物組織提取法[4]，其中微生物發酵法被認為是最有發展前景的[5-7]，輔酶Q10存在菌體細胞線粒體內膜上，屬于細胞內產物。所以輔酶Q10的提取和檢測首先涉及到如何充分地破壞細胞使其細胞內的輔酶Q10盡量的釋放出來而被檢測。而輔酶Q10的側鏈存在著不飽和雙鍵，使輔酶Q10的在提取過程中容易受到氧化劑、紫外線等因素的影響，這是由于輔酶Q10的側鏈存在著不飽和雙鍵易受到這些因素影響而發生氧化和加成反應，使其散失原有的生物活性，甚至會形成對人體有害的物質，因此研究提取因素對輔酶Q10的影響具有重要的應用價值。
為了能夠得到和檢測輔酶Q10，首先必須對菌體進行破壁，使其體內輔酶Q10能夠釋放出來，而常見的細胞破壁方法有非機械法和機械法，本研究選擇了機械法中的超聲波破壁法，對超聲波輸出功率、每次輻射時間、工作總時間和菌液濃度條件進行了優化，以確定輔酶Q10的最佳提取條件。
1 材料與方法
1.1 材料 菌株 Rhodobacter sphaeroate EIM，由福建師范大學工業微生物教育部工程研究中心保藏。
1.2 主要試劑和儀器 無水乙醇、電熱恒溫水浴鍋（DK-80）、超聲波破碎儀（BIOMETRA）、高速冷凍離心機（AllegraTMX-22R Centrifuge）、超高效液相色譜儀（Acquity UPLC）等。
1.3 實驗方法
1.3.1 發酵液的預處理 輔酶Q10是類維生素脂溶性物質，且屬于胞內產物，因此提取輔酶Q10包括以下2步：進行細胞的破碎和輔酶Q10的溶解分離。取5mL發酵液在8 000r/min的條件下離心10min，棄去上清液，無水乙醇洗滌1～2次，并用無水乙醇制成懸濁液，定容至20mL，利用超聲波破碎儀進行破碎細胞。
1.3.2 菌體干重的測定 發酵液經過8 000r/min離心10min，去上清液并用蒸餾水洗滌后，放置100℃烘箱中烘干至恒重后稱量。
1.3.3 發酵液中輔酶Q10的測定 取1mL發酵液置于10mL的棕色容量瓶中，滴加20μL的6mol/L的HCl，加入1mL的丙酮，搖勻，加1mL的30%過氧化氫，搖勻，再加入無水乙醇2mL，搖勻，預超聲1min去除氣泡，最后用無水乙醇定容至10mL，超聲45min，超聲結束后搖勻靜止30min，用0.22μm的有機膜過濾即可得到輔酶Q10樣品，再用WATERS-Acquity UPLC進行分析測定。
2 結果與討論
2.1 超聲波輸出功率對輔酶Q10提取的影響 用超聲波每次輻射/間歇時間為5s/6s、總工作時間為5min、菌液OD為22.3對處理后的發酵液進行超聲波處理，考察超聲波輸出功率對輔酶Q10提取的影響（圖1）。
由圖1可知當超聲波的輸出功率過小時，對菌體細胞的破碎程度不夠強烈，導致細胞不能被破碎，使細胞內的輔酶Q10無法溶解在乙醇中。輸出功率的提高有利于液體中空穴的形成，從而形成更多的空化泡產生空化效應，有利于細胞的破碎。當繼續提高超聲波功率，發現超聲波輸出功率在55%時輔酶Q10提取量最高，但是超聲波輸出功率超過55%后，輔酶Q10提取量呈現下降趨勢，分析原因是超聲過程中產生的空化作用對細胞產生了局部的高溫高壓，使得溶液中產生了H?和OH?等自由基[8]，這些強氧化性的自由基會氧化和降解溶液中的輔酶Q10，從而使輔酶Q10提取量下降。因而確定超聲波的最佳輸出功率為55%。
2.2 超聲波每次輻射時間對輔酶Q10提取的影響 用超聲波功率55%、總工作時間為5min、菌液OD為22.3對處理后的發酵液進行超聲波處理，考察超聲波每次輻射時間對輔酶Q10提取的影響（圖2）。
結果表明，在超聲條件相同的情況下，每次輻射時間為4s效果最好，此時提取的輔酶Q10量最高。超聲波破碎細胞的過程：超聲波使溶液形成空穴，從而產生空化泡，然后再由空化泡進行震動、膨脹、壓縮和崩潰閉合的過程，這一過程由短暫的時間來完成的，短時多次的工作方式有利于超聲波產生更多的空化泡，有更多的機會完成膨脹和爆炸的過程，因此有利于細胞的破碎[9]。不過當每次輻射時間過短時，輔酶Q10提取量反而下降，這可能是由于輻射時間過短導致超聲波空化作用起不到對細胞爆裂破壁作用所致。當每次輻射時間達到4s時，輔酶Q10提取量最大，當繼續提高每次輻射時間輔酶Q10提取量卻下降了，這可能是由于輻射時間越長使得超聲波產生的空化作用越強，導致產生的活性氧也越多，輔酶Q10被氧化降解，提取量下降。因此，選擇4s作為超聲波的最佳輻射時間。
2.3 超聲波工作總時間對輔酶Q10提取的影響 用超聲波功率55%、超聲波每次輻射/間歇時間為4s/6s、菌液OD為22.3對處理后的發酵液進行超聲波處理，考察超聲波工作總時間對輔酶Q10提取的影響（圖3）。
在超聲波其他條件都固定的前提下，隨著工作總時間的提高，輔酶Q10提取量也隨著增加，這是由于工作時間充分，細胞破碎充分，輔酶Q10從細胞中被提取的量也增多，但是隨著工作總時間進一步提高，輔酶Q10的提取量反而下降，這是由于輔酶Q10對光敏感，見光易分解，長時間暴露在空氣中，易被氧化。所以適當提高工作總時間可以提高輔酶Q10提取量，但時間不宜過長，最佳總工作時間為4min。
2.4 菌液濃度對輔酶Q10提取的影響 用超聲波功率55%、超聲波每次輻射/間歇時間為4s/6s、工作總時間為4min，對處理后的發酵液進行超聲波處理，考察菌液濃度對輔酶Q10提取的影響（圖4）。
從圖中4可以看出隨著菌液濃度的增加，輔酶Q10的提取量呈現先增加后減少的趨勢。原因是當菌液濃度很稀時，超聲波在溶液中傳遞的能量損失很大，表現出來的破碎細胞效果也很差，隨著菌液濃度的進一步提高，超聲波傳遞過程的能量進一步減少，輔酶Q10的提取量也增多，但是菌液濃度過稠時，卻不利于超聲波過程中空化泡的形成及膨脹和爆炸，導致細胞的破碎效果不好[10]。
2.5 正交試驗確定最佳提取條件 根據單因素試驗的結果，以超聲波輸出功率、每次輻射時間、工作總時間、菌液濃度為主要因素，確定步長和方向，進行4因素3水平的正交試驗（表1），結果見表2，方差分析結果見表3。
由表3可知，超聲波輸出功率、每次輻射時間、工作總時間對提取效果均有極顯著的影響，菌液濃度對輔酶Q10提取效果影響不顯著。根據R值比較了各個因素對輔酶Q10提取效果的影響程度依次為超聲波輸出功率>工作總時間>每次輻射時間>菌液濃度，綜合各個因素的k值比較可得A2B1C3D2為最佳破碎條件，即超聲波輸出功率為55%、每次輻射時間為3s、工作總時間為6min、菌液濃度為23.4。在此條件下，輔酶Q10的提取量達到11.86mg/L。
3 小結
通過單因素試驗和正交試驗優化了超聲波破碎儀提取輔酶Q10的工藝條件。確定了輔酶Q10最佳提取條件為：超聲波輸出功率為55%、每次輻射時間為3s、工作總時間為6min、菌液濃度OD為23.4。
采用超聲波破碎細胞過程要在冰浴條件下進行，從而降低超聲過程中產生的熱對輔酶Q10的破壞，而且提取輔酶Q10過程應該盡量避光，這是由于輔酶Q10見光易分解。
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【關鍵詞】超聲波檢測；灌注樁；無損檢測
一、前言
結構混凝土在施工過程中常因各種原因產生缺陷,尤其是混凝土灌注樁,由于水下澆筑,工藝復雜,隱蔽性強,混凝土硬化環境及成型條件復雜,且混凝土由自重、自流密實更易產生空洞、夾雜物、局部疏松、縮徑等各種樁身缺陷，對建筑的安全和耐久性構成嚴重的威脅。超聲波檢測是檢測混凝土灌注樁樁身缺陷、評價其完整性的一種有效方法，當聲波經混凝土傳播后，它將攜帶有關混凝土材料性質、內部結構與組成的信息，準確測定聲波經混凝土傳播后各種聲學參數的量值及變化，就可以推斷混凝土的質量。
二、基本原理
超聲波檢測混凝土樁的基本原理與通常的混凝土超聲波探傷的原理是一樣的，即在樁的一側通過發射探頭將電能轉換為機械能，發出超聲波(頻率在20kHz以上)穿透混凝土樁，然后在樁的另一側，通過接收探頭將此超聲波接收后又還原為電信號，將此信號放大，即可在示波器上顯示，聲波的歷時則由數碼顯示器給出，并可打印出數值。由于超聲波所穿透的混凝土厚度(或距離)為已知，根據超聲波脈沖發出和到達的時間，即可算出在混凝土中傳播的聲速(或縱波速度)。由聲速可直接判斷樁身混凝土的質量，混凝土愈密實，聲速值愈大；相反，混凝土愈松散，或聲波脈沖路徑中有孔洞、裂縫或離析等，則聲速就會減小，由此可以檢驗樁身混凝土的質量和完整性,檢測方法如圖1所示。
由此可見，超聲波檢測混凝土樁樁身質量和完整性的理論基礎是根據彈性波波速與介質特性之間的關系，對于理想介質中的縱波的傳播速度，則有：
式中 E――介質的彈性模量；
――介質的密度；
――介質的泊松比。
從實測的樁身材料的波速(或聲時，即聲波穿透的歷時)，就可以推斷所穿透介質特性的變化。所以，測定樁身材料的波速(或聲時)，是超聲波檢測樁完整性和質量的主要依據。
此外，除了實測的波速(或聲時)外，接收波的振幅和波形也很重要。大量試驗結果表明，由于缺陷(孔洞，夾泥，離析等)的存在，界面增多，使聲波產生諸多的反射、折射和散射，導致振幅的明顯衰減。因此有時雖然實測的聲速較高(或聲時較短)，但如聲波的振幅衰減很大，也不能判斷為混凝土的強度(或彈性模量)很高，因為，這很可能是由于混凝土中粗骨料比例大(粗骨料的聲速比砂漿的聲速或混凝土的平均聲速要大)；同樣，有時在測試中，雖然聲速(或聲時)變化不大，但如果該處振幅衰減較大，也表明這里的混凝土質量較差。接收波的波形也是判斷樁身質量的依據，如果接收的波形與發射波形完全不同，產生很大的畸變，或者接收不到波形，無法判讀聲時，都說明混凝土有缺陷
目前，在樁身質量檢測中常用的聲學參數為聲速、波幅、頻率以及波形。
聲速：超聲波在傳播路徑上遇到缺陷時，由于繞射，聲時變長，從而聲速降低。
（2）振幅(前波振幅)：超聲波在缺陷界面上聲阻抗差異顯著，產生反射、散射和吸收，使接收波振幅顯著降低。
（3）頻率變化；一般情況下，混凝土強度越高接收頻率也越高，反之，強度低，頻率也隨之下降。
（4）波形變化：有缺陷的混凝土其結構的連續性被破壞，使超聲波在內部傳播發生變化。直達波、繞射波．反射波等各類波相繼被接收，由于這些波的頻率、相位不同．在彼
此疊加時，會使正常的波形發生變化甚至出現畸變（圖2、3）。
超聲波檢測樁身質量和完整性的方法，是以實測聲時隨深度變化曲線為主并輔以振幅和波形的變化，綜合判斷而得出結論。
三、工程實例
3.1實例一
某建筑工程一，在工程樁開始施工前，先做兩組φ800 mm（樁長47 m）鉆孔灌注樁作為靜載荷試樁，編號分別為S1和S2。在對試樁進行靜載荷試驗前，先對其分別進
圖2正常混凝土的接收波形 圖3缺陷混凝土的接收波形行
超聲波檢測和低應變檢測。超聲波檢測的聲速-深度、幅值-深度曲線見圖4。
由圖4中可以看出試樁S1在樁底部46.0~47.0 m存在明顯缺陷，聲速僅為2 500 m/s（正常波速為4 000 m/s左右），幅值明顯降低；試樁S2樁身質量完好。而從圖5中來判斷，這兩根樁均無明顯缺陷。其后對兩組試樁進行了靜載荷試驗，其中由于S1第一次試驗未達到設計要求，第一次試驗后32 d對其進行了第二次靜載荷試驗。兩組靜載荷試驗的結果如表1，靜載荷試驗Q-s曲線見圖6。
表1試樁靜載荷試驗結果表
圖6試樁靜載荷試驗Q~S曲線圖
S1在近樁端1 m內混凝土存在比較嚴重的缺陷，結合超聲波檢測和靜載荷試驗曲線圖6(a)的形態，很明顯試樁S1樁端存在較厚沉渣。試樁S1在經過第一次試驗后樁底沉渣已被壓實，故在第二次試驗時樁端承載力發揮作用，曲線形態與試樁S2樁身質量完好的試樁非常的相似，試樁S1承載力明顯提高，而僅從低應變曲線中卻無法判斷出S1樁底部的缺陷。
3.2實例二
某建筑工程二，基礎采用人工挖孔灌注樁，孔中干灌混凝土。樁徑為1 200 mm，樁長6 m。成樁15 d后對其進行了超聲波檢測，1-1號樁AB剖面檢測結果波列影像如圖7，其余兩個檢測剖面形態基本相同。
從圖7中可以看出，該基樁在距樁頂2.3 m以上波列出現明顯異常，0 m～0.5 m處波速明顯偏低（僅為3 600 m/s左右，而該樁下部正常混凝土的波速均在4 000 m/s以上），而幅值則基本正常；0.5 m～0.8 m處波速基本正常，但幅值明顯降低；0.8 m～2.3 m處波列發生嚴重畸變，無法接受到完整的聲波信號。查看施工日志發現，該樁在灌注到上部快要結束的時候，突然下暴雨，而施工方未能采取合理的措施。對該樁上部進行鑿除處理，發現上部0 m～0.5 m砂漿多，粗骨料少；0.5 m～0.8 m處則正好相反，該處砂漿少，而大部分為粗骨料；0.8 m～2.3 m處則主要為粗骨料和砂子松散的堆積，少見水泥膠結。
四、結束語
（1）超聲波檢測法是檢測混凝土內部質量的一種有效方法，它可以詳細查明樁身內部混凝土質量的變化情況，具有較高的準確度和分辯率。
（2）超聲波透視法能檢測沿樁身長度的任意一個截面的質量，尤其對大樁徑和超長樁，比低應變檢測法反映樁基質量更細致、更精確。
（3）混凝土質量超聲波檢測的應用，為混凝土的質量處理提供了可靠的依據。
