超声波篇(1)

根据声波的振动频率。声波可分为次声波、可听声和超声波(如图1)_我们把频率高于20000Hz的声波叫做超声波，频率低于20Hz的声波叫做次声波，下面我们一起认识一下神奇的超声波。

科学家们通过研究发现，蝙蝠是利用超声波来定位的，蝙蝠在飞行的方向上发出短促的超声波，如遇到障碍物或昆虫，超声波就会被反射回来，蝙蝠的耳朵接受到这些回波后，进行判别，就能躲避障碍物或捕捉小昆虫了(如图2)，在自然界除了蝙蝠能发出和听到超声波外，还有海豚、蟋蟀、蚂蚱、老鼠等也有这样的“本领”，

由于超声波的频率高。因此它具有以下特点及应用：

1，方向性好，几乎沿直线传播，在碰到杂质或介质分界面时会有显著的反射，这是因为超声波的频率高，波长短，能量较为集中，根据回声到来的方位和时间，可以确定目标的位置和距离，声呐就是利用了超声波的这一特性，声呐向水中发射各种形式的声信号，碰到需要定位的目标时产生反射波，接收反射波后进行信号分析与处理，排除干扰。从而显示出目标所在的方位和距离，利用声呐可以进行水中测量与观察，利用声呐还可以发现潜艇和鱼群。测绘海底形状等。

2，穿透能力强，超声波能穿透许多电磁渡所不能穿透的物质，在一些不透明的固体中能穿透几十米的厚度，在液体和固体中传播时衰减很小，这就使得超声波成了探伤、定位的重要工具、把超声波射入人体，可根据人体组织对趣声波的传导和反射能力的变化来判断有无异常，如医院里常用B超、A超、M超对病人进行检查，这种检查对人体无损伤、无放射性。操作也很简单方便。

3，易于获得较集中的声能。超声波由于频率高，因而能量大，而且又因为它的衍射小，所以很容易会聚，使能量非常密集，这样，超声波可用来对硬质材料作切削、凿孔加工以及用来清洗、焊接等，超声波能使工件表面的污垢微粒受到剧烈振动而自动脱离工件。达到清洗的目的，如超声波清洗机，超声波还能使塑料膜之间摩擦生热，粘合在一起，如超声波焊接器，利用超声波的巨大能量还能把人体内的结石击碎。

超声波除了以上这些特点与应用外。人们还利用超声波制成了超声波速度测定器、超声波金属探伤仪和超声波加湿器，

1842年。物理学家多普勒带着女儿在铁道旁散步时发现：如果声源一直在移动，那么，在声源前方的声波会被“挤压”而变密，而在声源后方的声波会被“拉长”而变疏，当声波变密时，引起鼓膜每秒振动的次数增多，你就会感到音调变高；反之则音调变低，人们把这一现象叫做多普勒效应。

利用超声波的多普勒效应，可制成速度测定器(目前交警多数是利用红外线产生的多普勒效应测定车辆速度的)。

超声波篇(2)

[关键词]超声波 传感器 疾病诊断 测距系统 液位测量

一、超声波传感器概述

1.超声波

声波是物体机械振动状态的传播形式。超声波是指振动频率大于20000Hz以上的声波,其每秒的振动次数很高,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。超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,有两种形式:横向振荡(横波)及纵向振荡(纵波)。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播,其传播速度不同。另外,它也有折射和反射现象,并且在传播过程中有衰减。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律,与可听声波的规律并没有本质上的区别。与可听声波比较,超声波具有许多奇异特性:传播特性──超声波的衍射本领很差,它在均匀介质中能够定向直线传播,超声波的波长越短,这一特性就越显著。功率特性──当声音在空气中传播时,推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。在相同强度下,声波的频率越高,它所具有的功率就越大。由于超声波频率很高,所以超声波与一般声波相比,它的功率是非常大的。空化作用──当超声波在液体中传播时,由于液体微粒的剧烈振动,会在液体内部产生小空洞。这些小空洞迅速胀大和闭合,会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用,从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用,会使液体的温度骤然升高,从而使两种不相溶的液体(如水和油)发生乳化,并且加速溶质的溶解,加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。

超声波的特点:(1)超声波在传播时,方向性强,能量易于集中;(2)超声波能在各种不同媒质中传播,且可传播足够远的距离;(3)超声波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应)。

2.超声波传感器

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。以超声波作为检测手段,必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器,习惯上称为超声换能器,或者超声探头。

超声波探头主要由压电晶片组成,既可以发射超声波,也可以接收超声波。超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。超声波传感器主要材料有压电晶体(电致伸缩)及镍铁铝合金(磁致伸缩)两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅(PZT)等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器,它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波,同时它接收到超声波时,也能转变成电能,所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送,也能作接收。 超声波传感器由发送传感器(或称波发送器)、接收传感器(或称波接收器)、控制部分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径为15mm左右的陶瓷振子换能器组成,换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中幅射;而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成,换能器接收波产生机械振动,将其变换成电能量,作为传感器接收器的输出,从而对发送的超进行检测。控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。

二、超声波传感器的应用

1.超声波距离传感器技术的应用

超声波传感器包括三个部分:超声换能器、处理单元和输出级。首先处理单元对超声换能器加以电压激励,其受激后以脉冲形式发出超声波,接着超声换能器转入接受状态,处理单元对接收到的超声波脉冲进行分析,判断收到的信号是不是所发出的超声波的回声。如果是,就测量超声波的行程时间,根据测量的时间换算为行程,除以2,即为反射超声波的物体距离。把超声波传感器安装在合适的位置,对准被测物变化方向发射超声波,就可测量物体表面与传感器的距离。超声波传感器有发送器和接收器,但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化,即在发射超声波的时候,将电能转换,发射超声波;而在收到回波的时候,则将超声振动转换成电信号。

2.超声波传感器在医学上的应用

超声波在医学上的应用主要是诊断疾病,它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断的优点是:对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。

3.超声波传感器在测量液位的应用

超声波测量液位的基本原理是:由超声探头发出的超声脉冲信号,在气体中传播,遇到空气与液体的界面后被反射,接收到回波信号后计算其超声波往返的传播时间,即可换算出距离或液位高度。超声波测量方法有很多其它方法不可比拟的优点:(1)无任何机械传动部件,也不接触被测液体,属于非接触式测量,不怕电磁干扰,不怕酸碱等强腐蚀性液体等,因此性能稳定、可靠性高、寿命长;(2)其响应时间短可以方便的实现无滞后的实时测量。

4.超声波传感器在测距系统中的应用

超声测距大致有以下方法:①取输出脉冲的平均值电压,该电压 (其幅值基本固定)与距离成正比,测量电压即可测得距离;②测量输出脉冲的宽度,即发射超声波与接收超声波的时间间隔 t,故被测距离为 S=1/2vt。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正。超声波测距适用于高精度的中长距离测量。

三、小结

文章主要从超声波与可听声波相比所具有的特性出发,讨论了超声波传感器的原理与特点,并由此总结了超声波传感器在生产生活各个方面的广泛应用。但是,超声波传感器也存在自身的不足,比如反射问题,噪声问题的等等。因此对超声波传感器的更深一步的研究与学习,仍具有很大的价值。

参考文献:

[1]单片机原理及其接口技术.清华大学出版社.

[2]栗桂凤,周东辉,王光昕.基于超声波传感器的机器人环境探测系统.2005,(04).

[3]童敏明,唐守锋.检测与转换技术.中国矿业大学出版社.

超声波篇(3)

原油中含水并含有足够数量的天然乳化剂是生成原油乳状液的内在因素。这些天然乳化剂主要包括沥青质，胶质，环烷酸，氮和硫等有机物。因为这些有机物多数具有亲油憎水的性质，因此一般生成稳定的W/O型乳状液。除此之外，在生产过程中使用的缓蚀剂，杀菌剂，润湿剂和强化采油的各种措施都会促使乳状液的生成。 

二、超声波破乳机理 

超声波是一种需要介质传播的弹性机械波，超声波与媒质的作用机制分为两种：热机制和非热机制，然而非热机制又分为机械机制与空化机制。空化是一种集中声场能量并迅速释放的过程，它主要是通过存在于液体中的空化核在声场的作用下振动、生长和崩溃而起作用。付静等学者指出超声波破乳的声强必须在空化阈之下（1）。因此，超声波主要是通过超声波的机械振动作用，热作用依旧空化作用来达到破乳的效果。其破乳机理可以总结如下： 

1.机械作用——首先水“粒子”在机械振动的作用下凝聚，并且超声波通过与原油介质的接触使悬浮水“粒子”与原油介质一起振动。由于水粒子的大小形状不同，这些粒子将相互碰撞、黏合，所以粒子的体积和质量慢慢都增大了，最后沉降分离下来。除此之外，机械振动作用使原油中的环烷酸，胶质、脂肪酸，氮和硫等天然乳化剂分散均匀，除此之外，机械振动增加了天然乳化剂的溶解度，也降低油水界面膜的机械强度，这样达到水相沉降分离的目的。 

2.热作用——众所周知油—水界面膜的强度和原油黏度随着温度的上升而降低。热能主要通过两个方面来发挥作用。一方面，边界摩擦作用使油—水分界处的温度升高，促使界面膜的破裂；另一方面，超声波所发出的能力也包括一部分热能，原油接触到热能也会使温度升高。这样原油的黏度降低了，有利于水“粒子”的油—水的分离（2）。 

3.空化作用——超声波在传播的过程中会使某些区域形成局部的暂时负压，这样有利于空穴和气泡的产生。当超声波强度足够大且为负半周时，液体所受的拉力很大，气泡核会迅速膨胀；当超声波处在正半周时气泡会崩溃形成很多的小气泡产生新的空化核。伴随着空化作用的发生，介质内会产生局部高温和局部高压，在超声波强烈的冲击作用和高速射流的作用下产生巨大压力迫使原油乳状液破裂从而达到油水分离的目的。 

孙宝江等从理论上分析了乳化液中的水粒子油粒子在超声波辐射下的位移效应，指出位移效应使得水～油“粒子”将不断向波腹或波节运动、聚结并发生碰撞，生成直径较大的水滴和油滴，最终在重力作用下达到油水分离（3）。 

三、国内外研究进展 

在20世纪八十年代，国外就有了对超声波破乳的研究。其中DavisRobert Michael（4）等利用超声波处理原油乳状液，他们发现在频率为1.2kHz下配合破乳剂AQUANOX 272，最后用Basic Sediment and Water法分析含水量为0。美国Teksonix公司利用超声波原油脱水处理装置及其工艺流程，分别在美国的8家工厂进行工业试验，均取得了良好的效果（5）Paczynska一LahmeB使用的超声波频率为35kHz和45kHz来做试验并和加热破乳方法相比得出超声波方法优于其他方法的结论（6）。 

相对国外的研究而言，国内的研究起步较晚但是也取得了很辉煌的成绩。李淑琴等用超声波处理黏度大于5 000 Pa.s的稠油时发现超声波破乳不但可以提高原油脱水破乳率而且还可以在很大程度上降低破乳剂用量（7）。吕效平（8）等用超声波处理石化公司的污油，发现80%游离水可以通过超声波而脱除外加一些破乳剂可以脱出 94%的游离水，从而极大的发挥了超声波破乳的作用。陈永红等通过理论分析和室内实验指出对于某些乳化原油当破乳剂达不到理想效果的时候，超声波破乳技术可以进一步实现破乳脱水。尤其指出当化学破乳剂结合超声波破乳技术时可以更大程度上提高破乳脱水的效率。 

四、超声波破乳技术的优点以及应用前景 

超声波技术的优点： 

1.由于超声波在油和水中均具有良好的传导性，所以超声波破乳可适用于各种类型的乳状液。， 

2.超声波破乳可以在室温下进行，从而可以减少加热设备的使用也节约了能源。 

3.超声波和破乳剂有良好的协同作用，超声波，的使用一方面可以提高破乳剂的破乳效率，同时也可以减少破乳剂的用量。 

超声波篇(4)

关键词 超声波；采油技术；工艺水平；技术提升

中图分类号 TU4

文献标识码 A

文章编号 （2014）13-0129-01

引言：

早在上个世纪六十年代，当今国外的发达国家，如美国，就已经在实际石油采收工作当中，对超声波技术进行了广泛的应用，而我国直至近几年，才逐渐将超声波技术成功地应用到石油原油的采收工作当中。尽管我国对这方面的理论与原理进行了十分长久的研究，但是当将它们实际应用到石油原油的采收工作当中去时，却总是得不到十分良好的效果，石油原油的采收率也没有得到一定明显的提升。由此，为了使超声波技术能够更加有效地受到石油原油采收工作的运用，就需要相关学者对这一方面的技术水平进行更为深入地研究。

一、超声波采油技术的概念

通过产生一定的超声波，可以使这些所产生的超声波对油田内的岩层孔隙产生一定的作用力，然后使油田其中的原油得到更好的疏通与流动，这样就使得该油田在提升原油产量的同时，也使石油原油的采收率得到了很大程度上的提高。

二、超声波采油的技术特点分析

（一）使原油整体的粘性降低

在超声波的强力作用下，油田内部的烃类气体各分子之间，会产生一定的相对作用，使得烃类气体分子的惯性对其中的高分子化合物产生一定的推动作用，从而就使这些烃类气体中所含的高分子化合物得到了降解，成为了普通的分子。这样就可以使整个油田内石油原油液体的粘性得到降低，为石油原油采收工作的采收效率与质量水平提供了条件基础。

（二）使岩层结构得到保护

相关操作人员对油田进行石油采收工作的时候，总会要将保护油田内岩层结构列为施工过程中的一条注意事项。而利用超声波技术进行石油采收工作的时候，超声波对油田内部各不同物质所产生的作用力也会不同，这些不同的作用力碰撞在一起，就会产生耦合作用，进而使得会聚效应的出现。这种作用效应对岩层结构所产生的作用力，只会使得油田岩层结构中形成细小的裂缝，却不会使整个油田内岩层的结构遭到破坏，进而也就达到了保护油田内部岩层结构的目的。

（三）使堵塞的油层被疏通

在油田内部的岩层孔隙结构当中，极容易因为石油原油粘性过高的原因，而形成一定的附面层，如此长久下来，就会使油田内部的油层被堵住。在这种油田岩层被堵住的情况下，利用超声波技术来进行石油原油的采收工作，就可以帮助这些堵塞的住的油田岩层孔隙被疏通。这一解决方式的具体原因是超声波对油田内所产生的振动，可以得到人为的控制，当操作人员将这一振动强度与振动频率控制在对应范围内的时候，油田岩层中的气泡发生一定的变化，进而就会使油田内岩层上附着的附面层脱离岩层，使堵塞住的油田岩层孔隙被疏通。

（四）使原油的防蜡性得到提升

其中具体的作用过程主要就是由超声波所产生的声波，过渡到油田内的其他各类物质上，通过这些物质之间所产生的作用力，石油原油所含有的蜡晶之间受到了分散，就不容易结合在一起了，从而使原油采收工作当中，石油原油的防蜡性得到了一定程度的提升，为提升石油采收率提供了进一步的条件支持。

（五）使施工设备上的油垢得到有效的控制

原油采收工作所需要用到的施工设备，由于长期作业在油田环境当中，加上水分与矿物质的结合作用，这些结构就十分容易在施工设备上落户，而这一物质对采油施工设备的耐用寿命有着十分严重的消极影响。相比起其他的防垢技术而言，利用超声波技术来对采油施工设备进行防垢的效果更好，它不仅可以使施工设备出现结垢的时间得到推后，使整个抽泵被检查的日期得到更长，而且还能够使油田采油工作的正常进行得到确切保障，是一项更为科学合理的科学技术。

三、提升超声波采油技术水平的可行途径

（一）以满足相应的油田要求为前提

一般而言，超声波技术所应用的油田要比较浅，由此才能确保超声波技术对原油采收工作所起到的实际效果。其次，质量高乘的套管、无明显的出砂现象、拥有一定的原油资源量以及岩层结构与孔隙被堵塞而导致的原油采收率减小等这些方面。都是应用超声波技术来进行原油采收工作的相应油田必须满足的几大条件与前提，只有满足了这些油田方面的要求，超声波技术在石油原油采收工作当中所起到的作用才能够得到明显的体现。

（二）确保施工参数的设计得到一定的满足

根据不同油田所进行的石油原油采收工作，其具体对施工参数设计的要求也会存在着不同。原油采收的工作间隔时长可作为其中的一项重要参数。另外，相关石油采收工作人员也可以将脉冲数作为一项重要的施工参数，这些施工参数的原定都能够为实际石油采收工作的施工提供更为优秀的试验结果，受到不同石油采收施工设备的影响，在声强方面的要求在平常情况下都会有一定的数值要求。

（三）相应施工设备需要达到标准要求

利用超声波技术来进行的石油原油采收工作，其所需要的施工设备有三大主要的不同类型部分。其中，产生超声波的仪器设备为一大部分，它可以产生相应需要的超声波来进行施工，其次，传输超声波的特殊电缆为另外一大部分，这一部分是确保超声波由地面上传输到地下油田内部的重要工具，另外，转换功率的机器为其中的最后一大部分，此部分是超声波采油技术中的关键部分，是对不同振动类型之间进行合理转换的施工设备，也是超声波技术在原油采收工作当中所起到的各种作用的前提支持。

（四）其他需要注意的细节问题

首先，在相关工作人员利用抽油机进行正式的原油采收工作之前，需要对设备的电源连通问题进行仔细检查，以确保抽油机设备能够正常地工作和运行。其次，进行超声波技术采油工作施工的现场，相应的油田井口附近不能够放置发出超声波的机器设备，而应该将它们这些机器设备放置在与油田井口有三十米至五十米距离的位置。另外，当相关操作人员完成利用超声波技术对油田岩层孔隙的疏通工作时，就要对该油田井口立即进行完井生产，并将抽油机或者抽油泵等设备下入到油田内部，进行石油原油的采收工作，且这个过程的中途不能有停止，要确保超声波对油田岩层的疏通作用得到全面地发挥。

四、结语

相比起其他类型的石油采收技术，利用超声波进行石油采收工作，有着多方面的优点。它所适用的范围广、所起到的作用多、所需的成本资金低等等方面。这些都是它在石油原油采收工作中得到广泛应用的基础。

参考文献：

[1] 张建良， 肖然， 彭斌， 张钧涛， 孙磉礅， 超声波采油技术的原理及应用[J]， 油气田地面工程， 2006（07）， 19.

超声波篇(5)

超声波对人有害。超声波属于机械波，正常人耳能够感受到的是频率在16-2万赫兹之间的机械波。当声波的频率低于16赫兹，叫做次声波；高于2万赫兹以上的，才叫超声波。一般来说，短期接受超声波对人体没有害处，但是如果长时间接受超声波，会对人体组织产生一定的影响，也会有一定的伤害。

（来源：文章屋网 http://www.wzu.com）

超声波篇(6)

关键词：小径管；超声波；探伤；工艺；过程

中图分类号： TU317 文献标识码： A

小径管超声波探伤是近几年我国探伤界逐渐发展起来的一项新兴探伤技术，随DL/T820-2002标准的执行，此项技术在电力系统得到普遍应用，其对“焊口进行100%无损探伤”有一定意义。

1 电力建设现场焊口情况

在电力建设中，现场小径管规格较多，有φ32×4、φ32×6、φ36×6、φ42×4、φ42×5、φ60×5、φ60×6。在探伤过程中，考虑到工期、检验率与射线检验方法间存在的实际矛盾， 有些焊口探伤只能参考标准DL/T820-2002进行。 现就小径管超声波探伤工艺的制定和取得的一些经验进行介绍。

2 小径管超声波探伤工艺的制定过程

2.1 小径管焊接工艺控制

由于小径管超声波探伤受各种主、客观因素的影响较大，为尽量减少探伤中的误判，使探伤工艺得到普遍使用、且增加适用性，小径管焊接工艺管理在探伤中占有较重要的位置。探伤工需注意以下3项。

2.1.1 了解小径管焊接工艺过程

在电力系统中，小径管焊接目前基本采用全氩焊接或氩弧打底手工盖面焊接方法。除可能存在焊接基本类型缺陷外，还可能存在氩弧接头缺陷，如弧坑、接头不良等。有一些缺陷在焊接工艺评价中应给予重视，如未熔合、夹杂、氩弧接头缺陷、外观缺陷（焊瘤、余高过大、焊宽等）。应严格控制这些缺陷，尽量减少焊接缺陷类型， 为探伤提供便利条件。

2.1.2 焊样的控制及挑选

焊接前焊工焊接试样练习是焊接与金属监督的管理工作之一。焊工必须持证上岗，而焊样代表着焊工当时的技术状态及水平，一般让焊工连续焊接3个试样，从中抽取2个接近焊样作为其代表试样，从而准确反映出每个焊工的焊接水平及状态，了解其可能在焊接过程中出现的焊接缺陷类型，为探伤工探前练习挑选试样提供帮助，以便快捷准确地探伤。

2.1.3 焊接过程中的检查

焊接过程中的焊工自查、焊工间互查及焊接打底结束前探伤工对根部缺陷的检查、标记收弧点等工作是至关重要的，其对探伤工控制根部缺陷，了解接头情况，探伤中准确判定接头缺陷有重要意义。

2.2 探伤工探前准备

2.2.1 探头的选择

现在市场提供的小径管探头规格有5 MHz 4×6、5×6、6×6、6×8 K1.5、2.0、2.5、3.0系列，4 MHz 4×6 K系列，2.5 MHz 6×8 K系列探头。据DL/T5048-95标准，探伤中需考虑管径、壁厚、缺陷定位、缺陷类型、焊宽等来选择频率尽量接近5 MHz、适当的K值（β=70°为佳）、前沿短（5 mm左右）的探头。这是因为从式（1）、（2）中可看出频率越高，NⅡ就长，而θ0却越小。表1列出了晶片面积为5×6，K=2.5， L1=1时频率f与NⅡ的关系。

NⅡ=（F×f）÷（3.14×cⅡ）×cosβ÷cosα-L2 （1）

θ0=57×cⅡ÷f÷a（或b） （2）

式中NⅡ――在介质Ⅱ中的近场区长度，mm

F――实际波源面积，mm2

f――探头频率，MHz

cⅡ――介质Ⅱ中的声速，km/s

α――纵波入射角

β――横波折射角

L2――入射点至假想横波波源的距离，mm

θ0――矩形声源半扩散角

在实际探伤中小径管探头K值在直射波、一次反射波中变化较大。从日本有关研究资料了解到，β=70°时对未焊透、裂纹、夹渣、气孔综合检测效果较佳，β=67.5°时对1 mm以下未熔合、0.2 mm以下纵向裂纹检测效果较差，而实际探伤中直射波、一次反射波的K值变化恰为合理选择探头K值提供了帮助。

2.2.2 专用对比试块的研制

除备用好DL/T820-2002规定的小径管专用试块及补偿试块外，考虑到缺陷可能在N～3N范围内，还研制了以下专用对比试块。其上孔、槽须与标准专用试块的孔、槽做比较，做好dB相差值记录，探伤中选择其一携带备用。

2.2.3 仪器调试

为便于探伤中判定缺陷，精确定位，最好使用深度调节，使显示屏能看到二次反射波，并做好距离― 波幅曲线。

2.2.4 灵敏度确定

参照小径管曲率、表面状况、耦合剂选用等因素来调整做好的距离―波幅曲线，然后在符合DL/T820-2002标准扫查灵敏度的基础上，对自制的专用对比试块1、2做测试，找到实际探伤中适合的扫查灵敏度。

2.2.5 探前练习

在模仿实际工作环境情况下，选择合理探伤扫查、评判扫查方式（矩形移动、直射波环绕移动一次、反射波矩形移动、前移动定位定量、后移动定位定量对探伤能否快捷、定位定量是否准确都有一定影响）。针对上岗实际焊工焊样中有代表性的缺陷试样进行探前练习，为准确评判打下基础。在专用试块1、2上进行多次练习调试，做好个人比较数据记录；磨合探头使之曲率稳定；根据K值变化，确定掌握K平均值，练习缺陷定位计算，面对现场的大工作量，使探伤快捷、准确， 为现场小径管超声波探伤做好准备。

2.3 技术问题探讨

2.3.1 探头选用上存在的问题

DL/T820-2002规定小径管超声波探伤选用单晶横波探头工作频率为5 MHz，从表1可看出，选用表1列探头，探伤公称壁厚为4 mm，考虑制造厂允许-0.4 mm的壁厚偏差， 实际探伤将遇到很大困难，选择探头余地较小。如适当放宽探头频率，如将5 MHz放宽到4 MHz，那么其对θ0影响较小（θ0变化相对较小，薄壁角度扩散也相对较小），而对NⅡ影响相对较大，使探伤成为可能。

2.3.2 专用对比试块的合理性

小径管超声波探伤据DL/T820-2002标准主要采用直射波及一次反射波，根据表1及计算看出，缺陷在小于3N的区域内，可用试块比较法或距离―波幅曲线法定量分析，距离―波幅曲线现场使用需经常校验。现场携带对比试块，也十分必要。采用上述试块1、试块2，其合理性在于试块材料及规格取自原管件或原管件焊件对剖，表面状况与探伤管件相同，“U”槽相当于SD-Ⅲ沟槽，，对比相差在-1dB到2dB间，而内外管表面φ1/2T球孔可进行灵敏度校验、缺陷半定位半定量用，且便于制造，重量轻便于携带。

2.3.3利用直射波回波波形确定管内缺陷

在小径管实际超声波探伤中发现直射波回波显示很有特点，只要K值选择恰当，其根部缺陷和中间缺陷可同时通过波形反映出来。因为小径管壁薄，焊接层为2到3层，而缺陷接近中、下部，故可同时反映出直射波实际走势。这样一来区分上、中、下部缺陷变得容易起来，为缺陷定位提供了帮助。

超声波篇(7)

Abstract： This project is to mainly provide a pesticide release device with low price， reliable technology， performance safety for farmland whose air circulation is slow， and planting base， and it will have a high efficiency and non - residue. Now the pesticide spraying is not standardized， there are Kun， sulfur， lead， copper and other harmful substances in pesticide and more than one thousand kinds of artificial or non artificial organic， inorganic compounds which are harmful to human beings or the environment. Unreasonable pesticide spraying has caused great pollution and waste. At the same time， the common phenomenon of pesticide residues is also a serious threat to human health. It is to reduce the amount of pesticide residues of agricultural products in a high degree， improve the efficiency of pesticide release， protect human health and the ecological environment， which is in accordance with China's ecological harmonious society construction and development trend of ecological civilization city in Tai'an City.

关键词：创新高校；农药释放机；声波

Key words： innovation university；pesticide release machine；acoustic wave

中图分类号：S22 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）22-0099-02

0 引言

在中国，农业的发展向来是关系国际民生的大事件。农业对于中国来说，是国民经济的基础，是国民经济中最基本的物质生产部门。农业在国民经济中占有重要地位，是国民经济大厦的基石。农业对国民经济中的重要地位主要表现为：是人类社会的衣食所需、生存的根本；农业还为工业等其它产业提供大量的生产原料；整个国民经济能否不断发展与进步都是需要靠农业的发展来支撑和保障。

无论什么时候，不管是在中国还是在其它国家，都有一条适用于任何时间的经济发展规律――农业是经济发展的基础。农业的基础地位不是人类给定的，作用也不是人类自说出来的，而是由其自身的性质所决定的。这种性质不会随着社会经济的发展、农业在国民经济中的比重的下降而改变。甚至可以这样说，如果在未来的某一天，人类社会的科技进步到能把石头、泥沙、水通过工业的加工变成面包、馒头等保证人类生存所需的食物，r业基础地位才会动摇。

我国的具体国情更是决定了农业发展在国民经济中的基础地位。但我国的农业发展仍然比较薄弱，主要表现在：我国农业生产的技术装备水平与劳动生产率水平均比较低，农业基础设施薄弱，抗灾害能力差（1998年发生在长江流域的特大洪涝灾害以及华北的旱灾有力地说明了这一点）；我国农产品供给尤其是粮食供给始终处于基本平衡但偏紧的状态，供求结构性矛盾突出；我国农业生产面临着可耕地少、人口多的具体国情，农业资源人均占有量在世界上属于低水平，这极大地制约了我国农业的发展。同时，随着我国农业集约化水平也在不断提高，化肥、农药、兽药、农膜等的过度使用，已经导致了严重的农业污染。农业污染已给我国的环境、经济和社会带来了严重危害。农业污染的危害是化肥、农药等过度使用产生的水土和空气污染；二是农产品污染。农业污染已经给水环境、土壤环境等带来破坏性影响。全国每年农药、杀虫剂使用量除30%多被作物吸收外，大部分进入了水体、土壤及农产品中，使全国933.3万公顷耕地遭受了不同程度的污染。农业污染已经对食品安全和人体健康构成威胁。还有，我国农产品中药残超标问题依然严重，直接威胁着人体健康农业污染物未经处理排入各种水体；加之公共卫生设施落后，农村大量人口饮用水不安全。

对于我国目前存在的农业和农业污染问题，依然十分棘手。分析原因，不难发现要想促进我国农业的发展必然要坚持农业精细化管理，提高产量除了培育更加优质的作物品种，施用农药化肥不可避免。但是随之而来的农业污染又不容忽视，甚至已严重污染环境资源以及我们的健康。对于农业发展和农业污染之间存在的矛盾，是我们急需解决的问题。超声波农药雾化释放机项目就是基于此提出并进行研发的。本项目的提出和完成，可大大提高农药的使用效率。在农药的使用中，达到除去农作物病虫害的同时，减少农药的使用量，减少农药污染的产生。间接的在保证农作物的产量同时做到对环境的低污染。

下面就超声波农药雾化释放机项目的研究依据、意义以及其性能和使用效果等方面进行具体的分析和介绍。

1 本项目研究的科学依据和意义

本项目利用高频振动添加农药粒子到空气，当电流通过传感器，它就会产生一系列快速变化的人耳听不到的声波，使空气中分布很多非常细微的农药粒子，农药粒子在空气中无规则运动，遇到农作物的茎叶并吸附上去形成一层很薄的膜，是植物能有效的吸收，不会因农药使用过量而残留在植物表面。

2 本项目的重点

本项目的重点在于超声波的发生装置，能产生稳定、高效、安全的高频振动。

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，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。

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。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，这是超声波加湿器的原理。我们的超声波农药雾化放机就是借鉴并利用了这一原理。

现有的农药喷洒装置多为人工使用非常简陋的喷壶、机器利用压力直接将农药通过喷头或飞机等直接喷洒在农作物表面。其对农药喷洒的操作人员的健康造成伤害同时效率非常低下，甚至在农作物表面大量残留并且会顺着茎叶流进土壤造成二次污染。

3 本项目拟采取的研究方法和技术路线

本项目前期通过团队已经积累的大量科学资料和研究成果来寻找较为合适安全的超声波发生装置，中期将通过大量的实验来确定最终合适的超声波发生装置，在后期将进行机器的定型、组装、调试。

4 本项目的特点与创新之处

本项目的特点是成本低廉、效率高、农药使用量少、无污染、无地域限制，广泛适用于各地的塑料大棚、种植基地等空气流通较缓慢的区域。

创新之处在于只需设定时间打开开关，无需操作人员在场，利用超声波振动将农药变成直径很小很小的微粒，通过空气传播是农药直接吸附在植物的茎叶表面。保护操作人员的同时还具有低成本、无残留、无污染等优点，与传统的农药喷洒装置有本质的区别。

5 已有的研究基础

本人具有完成该项目所需的各项基础。现就读于昆明理工大学研究生院，学习成绩优异，物理、数学等学科具有扎实的知识储备，平时也多涉猎相关知识领域。本项目为知识理论转变科技产物，借助我校的实验室、图书馆等优势资源，理论性资料、研究准备充足，可行性高。同时有专业老师的指导，并获得老师认可。

本项目具有完善的计划和准备。初期项目思路清晰，准备充足，重点部分已完成技术理论上的论证，并制造出模型。同时通过学院实验室进行定型、组装、测验，完成制作产品实物，进行了改进期测验，为期3个月。产品质量性能良好，基本达到预期效果。

6 与实际结合情况

为验证超声波农药雾化释放机项目的实用性和市场前景，我们团队在山东省泰安市进行了针对性调查分析。通过调查显示，泰安市现有耕地面积343万千顷，其中塑料大棚、种植基地等适合使用该产品的土地面积也有10多万千顷，并在逐年增加。且泰安市有常住人口500万以上，每天所需的各类农产品更是不计其数。本项目的出现能将会使泰城农业生产现状焕然一新，使泰城500多万人口食用上安全放心的农产品。调查结果反映出的良好结果，使我们的项目研究得到了充分肯定，也使我们更有自信将我们的研究成果推向全国，为我国的农业发展做出自己的贡献。

参考文献：

[1]肖军，赵景波.农药污染对生态环境的影响及防治对策[J]. 安徽农业科学，2005（12）：2376-2377.

[2]刘贺清，熊娅，梁康强，贾立敏，宋英豪.低频超声波预处理污泥的实验研究[J].环境污染与防治，2012（11）：5-8，24.