超声波及其应用

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇超声波及其应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

声学是一门渗透性很强的学科，超声技术是声学领域中发展最迅速、应用最广泛的现代声学技术。如检测超声已成为所有设备的重要手段，B超仪器已经成为人类健康的有力助手，功率超声提高了处理工业产品的能力，并能完成一般技术不能完成的处理工作。

1916年朗之万（P.Langevin）首次研究了用水下超声作为侦察手段，这项研究为超声材料探伤和医学诊断开辟了道路，有人把这项重大研究作为超声学的诞生。

1927年伍德（R.W.Wood）和卢米斯（A.E.Loomis）首次发表了有关超声能量作用的报告，为功率超声技术奠定了基础。

一、超声成像技术

1.超声成像的基本原理

声成像对于许多人来说是一个新概念，但在人们的生活和生产实践中，声成像已经有着广泛的应用。一个典型的例子是医学中用的B型超声诊断仪，这种仪器就是利用声波对人体内部的器官进行成像以帮助诊断。

2.B、C、D扫描成像及A扫描

B型超声诊断仪是目前使用最为广泛的声成像的仪器。它的部件一般包括同步、发射和吸收、扫描、放大电路、换能器、显示器和机械同步等部分。同步信号同时触发发射电路和扫描电路，发射的电信号通过换能器换成超声波并入射到人体内，在超声波的传播中如果遇到声阻抗不同的组织，就会发生反射，换能器再把接收到的反射声信号转换成电信号。超声回波在示波管荧光屏上可有不同的显示方式，通常采用所谓A扫描显示。这时，示波管的电子束是振幅调制的，荧光屏上的X轴代表脉冲回波的振幅。换言之，A扫描显示的内容是当探头驻留在样品中的某一点时，沿样品深度方向的回波振幅分布。

将示波管和电子束作强度调制，即用荧光屏上的每一点代表被测样品某个截面上的一个点，而用该点的亮度大小表示从样品上对应点测得的回波振幅的大小，就得到了B、C、D显示方式。B扫描所显示的是与声束传播方向平行且与样品的测量表面垂直的样品剖面，D扫描所显示的是与声束平面及测量表面都垂直的剖面，因此，B、D扫描所显示的剖面正交。C扫描显示的则是样品的横断面。

超声C扫描是在无损检测领域中发展并得到广泛应用的超声成像检测技术，C扫描的成像范围可由几个平方毫米的精细结构到几个平方米。

例如，精密超声C扫描技术，工作频率为几十兆赫兹。C扫描在复合材料、蜂窝结构、结构陶瓷、集成电路等新型材料检测中显示出了很大的优越性，它的主要缺点是不能成实像。

3.其它成像技术

实践中还有许多的声成像技术，诸如超声显微术、P扫描图像显示、ALOK超声成像技术、合成孔径聚焦成像技术（SAFT）、超声相机、超声全息术和声CT。

超声显微镜的工作模式有内部成像、表面和亚表面成像以及Z轴扫描工作模式等，可观察不透明样品的内部结构、表层和亚表层结构，用于陶瓷发动机和航空航天装置、电子邮件、切削刀具和其它要求进行精密检测的器件等。

P扫描是“投影成像扫描”的简称，是专为检测焊缝而开发的。其扫描系统简单，大部分硬件可由商品仪器搭配而成。

ALOK成像系统已试用于核电站作役前和在役超声检测，它是目前获得实际应用的少数高级成像系统之一。ALOK成像分辨率可达3/2个波长。在2MHz纵波检测时，分辨率约为4-5mm。ALOK对裂缝平直部分的重建存在着困难。

SAFT是70年展起来的一种高级声成像技术，现在尚处于实验室研究阶段，其分辨率高，并能实现三维成像，所以其对硬件和软件的要求都较高。

超声CT需要全方位的投影信息，这在无损检测实践中很难做到。目前，在有限角度内投影的CT及新的重建算法的研究已经取得了较大进展。

二、小结和展望

现代声成像大多都与计算机技术、信号和图像处理结合起来，因而有着相似的工作过程，即数据采集和图像重建。数据采集涉及：

1.扫描机构。

2.超声探头，通常要宽带。

3.模拟激励，接受电路。

4.A/D转换。

5.硬拷贝输出（硬件）等方面。

此外，还有作控制和处理的计算机。上述技术的进步都会促进声成像技术的发展。

参考文献

[1]Netzelmann Uetal. Defect sizing in ceramic materials by high-frequency ultrasound techniques.20rh Inter.Symposium on Acoustical Imaging，1992，32.

[2]Johnson A. DRUID——A Co lour Graphic Ultrasonic Imaging Device. British J.NDT，1984，203-207.

[3]Nielsen N. P-scan system for ultrasonic weld inspection.British J.NDT， 1981，63-69.

[4]Heumuller R. Gottling K. First experiences with the siemens ALOK UT inspection system.Proc.12th World Conference of NDT， 1989，270-272.

[5]孙宝申 沈建中 合成孔径聚焦超声成像（一）.应用声学，1993，12，[3]，57-62。