时间：2023-01-31 23:57:58
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇超声波，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词： 超声波辅助钎焊； 液态钎料； 固态母材； 填充金属
中图分类号： 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
超声波为频率大于20 kHz的声波。当超声波强度超过一定数值时，作为一种能量形式，它可以与传播介质相互作用，改变传播介质的状态、性质及结构，超声波的主要作用形式是声空化和声流效应[1]，利用超声波在液体钎料中的振荡，在液态钎料中产生空化现象，空化泡崩溃后所形成的冲击波，能够破坏母材表面的氧化膜，从而实现钎料与母材的润湿结合，即超声波辅助钎焊。
从上世纪70年代至今，超声波辅助钎焊因其具有可以在非真空的条件下不采用钎剂就可实现钎焊的优点，一直被广泛应用于各种结构件和电子元器件的连接中[2-6]。超声波钎焊最早应用于铝合金的钎焊，发明目的是为了实现在大气条件下无钎剂的钎焊。根据超声波的加载方式可以将其分为超声波激励液态钎料钎焊和超声波激励固态母材钎焊[7]。
本文主要概述了超声波激励液态钎料钎焊和超声波激励固态母材钎焊两种形式的研究进展，并对后续超声波钎焊的研究发展方向进行了展望。
1超声波激励液态钎料钎焊
1.1超声波电烙铁钎焊
超声波电烙铁是最早借助超声波的物理效应进行焊接的形式。在20世纪30年代就开始有学者对其进行研究。Edison Welding Institute （EWI）[8]对超声波电烙铁钎焊进行了研究，认为其钎焊原理是当超声波工具头插入液态钎料中时，在超声工具头前端会产生大量的空化气泡，而空化气泡向固液界面运动，其近固液界面处发生崩溃对材料的表面产生破坏作用，使得钎料与母材发生作用从而实现界面的结合。Noltingk等[9]研制出了超声烙铁设备，用于铝合金及其它轻合金金属表面镀锡，如图1所示。
1.2超声波预涂覆钎焊
1976年Wendt[10]申请了一项关于便携式超声波辅助钎焊设备的美国专利，其主要内容是将待焊管件表面超声镀覆上一层钎料金属，超声作用于管件上，管件另一侧浸入熔融的钎料之中，超声通过管件传入钎料产生空化效应从而破除管件表面的氧化膜。日本的Naka等[11-13]将SiC、A12O3陶瓷浸入超声波作用下的液态钎料池中，预涂覆一层金属钎料，所用钎料以Zn-Al、Zn-Al-Cu和Zn-Sn为主。然后在超声波辅助作用下实现了铜合金与SiC、A12O3陶瓷材料的钎焊连接，如图2所示。超声波对整个焊接过程的影响主要有：液态钎料与陶瓷界面处的气体借助超声波空化效应移除；液体束流冲击陶瓷表面；陶瓷表面与液体钎料之间存在一定的摩擦作用。正是上述这些影响才使得陶瓷与钎料在超声波的作用下实现有效结合。超声波作用时间对接头强度影响较大。图2超声波预涂覆A12O3/Cu钎焊
过程及钎焊接头示意图[13]
1.3超声波盐浴钎焊
1970～1980年间，在空调热交换器生产过程中为了节省成本，常常采用铝管代替铜管，但是常规钎焊时，不可避免地要使用钎剂，焊接后残留的钎剂难于清理，因此采用超声盐浴钎焊来代替常规钎焊，提高了生产效率和焊接接头的可靠性。焊接时将超声工具头作用于钎料池上，通过钎料池传递到熔融钎料中，同时在熔融钎料中产生空化效应，达到去除铝合金基体表面氧化膜的目的。Graff[14]将热交换器中U形弯管浸入超声池中进行超声波盐浴钎焊，Gunkel[5]指出，接头浸入钎料池中的深度、超声波时间、预热温度和钎料化学成分等对润湿结合均有影响。
1.4高频激光调制超声波钎焊
哈尔滨工业大学李明雨等[4]采用超声波频率的脉冲激光对钎料进行加热使其熔化，熔化后的液体钎料球受到高频的间断性加热时，其表面温度场发生交变震荡，而由于热胀冷缩的作用，钎料液滴表面温度的高频震荡影响产生高频的往复机械振动，该机械振动会以疏密波的形式传递进入钎料内部，并可在液滴内部产生空化效应，从而促进钎料与母材基板的润湿结合。该方法比较适用于电子行业中电路板封装的焊接。
2超声波激励固态母材钎焊
超声波激励固态母材钎焊是将超声波振动工具头直接作用待焊位置附近的工件表面，而不与液态钎料形成直接接触，超声波振动通过工件传递进入液态钎料，利用超声波效应使液态钎料在工件的表面上发生铺展润湿并与母材工件形成结合。
2.1大气环境下超声波激励固态母材钎焊
在大气环境下，利用超声波的去膜效应，国内外不少专家学者利用Sn基、Al基、Sn-Al、Sn-Zn等固态钎料实现了铝合金、铝基复合材料、钛合金、陶瓷、钛合金与铝合金、陶瓷与钛合金等材料的超声波钎焊。
Wielage等[15]采用超声波钎焊的方法连接了A12O3颗粒增强的铝基复合材料，选用Sn作为钎料，如图3所示，将钎料箔放置于母材间的水平缝隙中并加热至熔化，垂直于该缝隙面将超声波振动施加于母材上板，并在一定的压力下完成钎焊连接，作者认为空化效应和摩擦作用使得母材表面氧化膜去除，实现了钎料与母材的润湿结合。
Nagaoka等[16]采用如图4所示的超声波辅助钎焊装置，并采用Al基钎料实现了大气条件下Ti/Ti以及Ti/SS（不锈钢）的钎焊连接。Al基钎料为Al-2.5Mg-0.3Cr （ 质量分数，%），钎焊温度为670 ℃，超声波作用6 s即可实现完整无缺陷的接头。
在许志武[17]研究的复合材料表面氧化膜的去除机制（潜流辅助破除机制和直接破除机制）的基础上，赵维巍等[18]采用如图5方式进行了Al18B4O33/Al基复合材料的超声波辅助钎焊。发现在超声波作用下液态Zn-Al钎料能够快速地填充整个钎缝间隙，这是一种非润湿填缝行为，并认为间隙内外的声压差是导致液态钎料毛细填缝的主要驱动力；采用甘油-水混合物代替钎料时，铝合金表面被空化效应所破坏，深度可达300 nm，远超过氧化膜厚度，因此提出空化破膜为液态钎料溶解母材表层提供通道。
张洋等[19]采用超声波辅助毛细填缝和预置中间层两种钎焊方法实现了高体积分数55vol.%SiCp/A356复合材料的钎焊连接。发现与复合材料基体合金相比，液态Zn-A1钎料润湿复合材料表面SiC颗粒所需超声波作用时间相对较长，且Zn-Al与SiC陶瓷形成电子型结合界面。当适当提高焊接温度并施加超声波作用足够长时，钎料能够对复合材料基体形成大量溶解，使得SiC颗粒进入焊缝，从而形成了SiC颗粒增强的复合焊缝。
李远星等[20]采用Sn-Zn钎料实现了2024铝合金的超声波钎焊连接。发现与纯Sn相比，采用Sn-4Zn钎料的接头强度可提高4倍以上。采用纯Sn的接头断裂发生于界面处，而采用Sn-4Zn的接头断裂发生于钎缝内部。在Sn-4Zn/2024A1界面处存在一层非晶过渡层，强化了界面结合，而非晶层的形成被认为是超声波空化效应造成的。
马志鹏[21]采用直接超声波钎焊工艺和超声波预涂覆钎焊工艺实现了TC4钛合金和2A12铝合金以及55%SiCp/ZL101A铝基复合材料的非真空钎焊。钎焊前780 ℃TC4浸纯铝4 min后又在超声波作用下420 ℃浸钎料2 min。研究发现浸ZnAl钎料时界面处形成块状的TiAl3化合物；而当浸ZnA10.8Si时，界面处的TiAl3化合物转变为条状的Ti7A15Si12化合物。研究发现超声作用除了能够去除母材氧化膜，还提高了液态原子的扩散速率，并降低了化合物的反应温度和时间。
陈晓光[7]采用超声波钎焊工艺实现了SiC陶瓷和Ti-6A1-4V钛合金的钎焊，采用Al-12Si作为钎料，界面结合良好，但由于接头残余应力较大，SiC陶瓷内部发生开裂。通过将Sn、Zn、Mg等元素加入A1-12Si钎料中制备了A1-15.5Sn-9.5Si-4.5Zn-0.5Mg钎料，该钎料的凝固温度降低至186℃，但熔化温度仍高达561℃。采用该钎料超声波钎焊连接SiC和Ti-6A1-4V，界面均实现了良好结合，且未发生SiC陶瓷开裂现象。
魏晶慧[22]采用超声波钎焊工艺实现了 Fe36Ni合金与55%SiCp/A356复合材料异种材料的钎焊。当采用ZnA1Si作为钎料，合适工艺为Fe36Ni在下，铝基复合材料在上，超声加载在下板，最高接头剪切强度可达到114 MPa，断裂位置位于Fe36Ni合金侧界面。当采用Sn20Zn钎料时，Fe36Ni合金侧界面由自身连接时的FeZn化合物转变为Fe3A12（SiO4）3 ，并且在焊接温度300～360 ℃，超声作用1～3 s，保温时间0～60 min时，厚度和形貌不随工艺参数的变化而变化。剪切强度稳定在75 MPa，断裂位置位于Fe36Ni侧界面的SnZn钎料中。
2.2超声波辅助真空钎焊
以上的研究都是针对大气环境下超声波钎焊的研究，目前国内外对于真空环境下超声波辅助钎焊的研究较少，这主要是由于大气环境下利用超声空化作用就可以代替钎剂去除氧化膜，即可实现接头性能优良的超声波钎焊，通常无需抽真空，大大降低了制造成本。但大气环境下的超声波钎焊不能在钎焊之前保护已经清洁的表面，也不能降低钎料本身的表面张力，对于一些抗高温氧化能力较差的被焊母材和活性钎料，还有一些对性能要求较高的钎焊产品，在真空环境下进行超声波钎焊还是有必要的。宋晓国[23]等人采用了超声波辅助真空钎焊分别对2014铝合金和55%SiCp/A356复合材料进行搭接焊接，均实现了良好的界面结合，获得良好的接头强度。
3结束语
超声波钎焊由于其无需钎剂的性能，被广泛应用于电子元器件的焊接中。目前超声波钎焊的研究主要集中在对各种材料的焊接接头力学性能和微观组织的研究、氧化膜的破碎机理的研究，而在超声波对于钎料润湿影响、超声波钎焊机理的研究还不多，建议今后对于超声波钎焊研究的重点在于：①继续新型材料以及新型连接材料的超声波钎焊焊接工艺研究；②超声波钎焊机理研究：钎料的润湿及铺展动力学、超声波在焊件以及钎料中的传播机制。
参考文献
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【关键词】超声测距 AT89C51
近年来，随着电子测量技术的发展，运用超声波精确测量已成可能。随着经济发展，电子测量技术应用越来越广泛，而超声波测量精确高，成本低，性能稳定则备受青睐。随着机器人技术在其诞生后短短几十年中的迅猛发展，它的应用范围也逐步由工业生产走向人们的生活。机器人通过其感知系统察觉前方障碍物距离和周围环境来实现绕障、自动寻线、测距等功能。超声波测距相对其他测距技术而言成本低廉，测量精度较高，不受环境的限制，应用方便，将它与红外、灰度传感器等结合共同实现机器人寻线和绕障功能。超声波由于方向性强、衰减缓慢且在介质中传播的距离较远，因而经常用于距离的测量。主要应用于倒车雷达、测距仪、物位测量仪、移动机器人的研制、建筑施工工地以及一些工业现场等，例如：距离、液位、井深、管道长度、流速等场合。利用超声波检测往往响应速度快，且计算方便、易于实时控制，测量精度也能达到工业现场的要求，因此在现代控制和工业现场该方法得到广泛的应用。
1 超声波测距的原理
超声波是指频率高于20kHZ的机械波，其频率较高，波长很短，在一定距离内沿直线传播，具有优异的束射性与方向性。超声波测距正是利用此特性，首先测出超声波从发射到遇到障碍物反射回来所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离。测距的数学公式表示为：
S=C×T
式中S为测量的距离；C为超声波在介质中的传播速度；T为超声波传播的时间（T为发射到接收时间数值的1/2）。
2 误差分析
由超声波测距公式S=C×T，可知测距的误差又两个因素，其一为超声波的传播速度误差，其二为测量距离传播的时间误差。
2.1 时间误差
如果要求测距误差小于1mm，假设已知超声波速度C=340m/s （20℃室温），忽略声速的传播误差。时间误差?t≤0.001/340≈0.000029s，即2.9μs。
忽略超声波传播速度误差的前提下，时间误差精度只要达到微秒级，就能达到测距误差小于1mm的要求。实际测量中用12MHz晶体作时钟基准的89C51单片机定时器能可靠的计数到1μs的精度，即满足设计要求。
2.2 超声波传播速度误差
超声波的传播速度与空气的密度相关，空气的密度高则传播速度就快，而空气的密度与温度有着密切的联系。根据实际测量经验，超声波速度与温度关系如下：
C≈C0
公式中：T为空气的绝对温度。
C0为零摄氏度时的声波传播速度332m/s； 超声波测距过程中就必须把超声波传播的环境温度考虑进去，例如当温度0℃时超声波速度是332m/s， 30℃时是350m/s。
3 系统硬件设计
单片机控制发出超声波，不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差ΔT，然后求出距离S=C.ΔT/2，式中的C为超声波波速。
首先我们知道AT89C51系列单片机内部是有2个16位定时器/计数器的，那么我们就用这个计时器进行计时。并且该系列单片机内部有一个寄存器，我们可以将从计时器获得数据进行处理并寄存在单片机的寄存器中，利用单片机软件编程与预存的超声波传播速度相乘，得出测量距离通过显示电路将数据显示出来。超声波测距系统结构图如图1所示。
单片机发出40kHZ的信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用比较电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为ΔT，等到把数据送到单片机后使用软件对超声波的传播速度进行调整，使测量精度能够达到要求。再由软件进行判别、计算，得出距离数并送LED显示。用复位电路重置系统后可进行下一次测试。
4 系统软件设计
软件采用模块化设计方法，由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断子程序、温度测量子程序、距离计算子程序、显示子程序、键盘扫描处理程序等模块组成。
5 结论
该系统整体电路的控制核心为单片机AT89C51。超声波发射和接收电路中都对相应信号进行整形及放大，以保证测量结果尽可能精确。超声波探头接口实现超声波的发射和接收。等到把数据送到单片机后使用软件对超声波的传播速度进行调整。整体结构包括超声波发射电路、超声波接收电路、放大电路、比较电路、震荡电路、单片机电路、键盘输入电路、电源电路、复位电路、显示电路等几部分模块组成。经过设计调试该系统能够满足一般近距离测距的要求，且成本较低、有良好的性价比。当今汽车普及到千家万户，倒车雷达的需求不可谓不大，而本设计方法可以广泛的应用于倒车雷达的测距中，所以其经济效益非常可观。
限制该系统的最大可测距离存在4个因素：超声波的幅度、反射的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测距离。为了增加所测量的覆盖范围、减小测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射/接收的设计方法。
【关键词】超声波；起落架；测距
1.简介航空飞行器
1.1 航空飞行器起落架现状
目前航空飞行器上的起落架有三种情况，第一种是没有起落架，比如滑翔机；第二种是固定的起落架，航模上大多数起落架就是这种不可收放的；第三种是可以收放的起落架，载人飞行器便是典型代表，这种起落架可以收放，但需要人来控制。在航空航天的领域，起落架对机而言，有很重要的意义。起落架能够承受飞机在地面停放、滑行、起飞着陆滑跑时的重力；承受、消耗和吸收飞机在着陆与地面运动时的撞击和颠簸能量；因此它的工作性能的好坏，直接影响着飞机的起飞、着陆性能和安全。
1.2 自动起落架的意义
由于目前航模上的不可收放起落架，影响外观，在高速飞行时，增加飞行阻力，这时，暴露在外的起落架就严重影响了飞机的气动性能；而另一种可以收放的起落架，也是需要人来手动控制的，当飞机降落遇到突况时没人控制的话就不会打开起落架，从而造成事故。所以，如果能够制作出一种通过单片机控制的自动收放的起落架，那么无论是运用于航空模型上还是真实的运用于小型飞机中，都可以大大降低危险事故发生可能性，保证飞行安全。
1.3 特色及创新性
一种新的收放控制方式，利用超声波测距原理技术，超声波受环境干扰小，不会因为光照等环境因素改变而受影响，测距较准确。运用单片机为核心的自动收放系统可以实现起落架收放的自动化，该系统成本低廉，运行可靠，方便扩展。灵活的供电方式，既可接2-6S锂电，也可直接利用接收机供电整个系统电路板体积小巧，节能，全部采用贴片元件，体积为33mm×35mm，主控芯片能耗低成本低廉，制作简单。制作简单，成本低廉，所有元件不超过20个。可控制多路舵机，便于扩展，如结合襟翼、副翼等，实现襟翼、副翼的自动控制等。与单片机结合，可方便增加其他功能，如安全距离报警，定高等。
由于超声波模块的测距高度有一定限制，再加上测距的角度为15°，因此理论计算出我们的超声波模适行速度在240.48km/h以内的模型飞机。
2.航空飞行器的硬件结构
2.1 机械结构
机械结构自动起落架包括三部分：超声波测距模块、控制板、起落架。整个系统的执行机构便是起落架这个机械机构，起落架采用成品的可收放起落架加装两个舵机带动。将起落架和舵机安装在合适的位置，让起落架的轮子可自由缩放便可。
2.2 硬件电路
有了起落架这个机械结构，当然还得有相应的控制电路才能实现起落架的自动收放。小于这个安全距离则改变PWM占空比，控制舵机打开起落架，否则收起起落架。
3.航空飞行器的软件部分
3.1 软件部分相关介绍
功能：超声波测距距离控制舵机角度
硬件：超声波起落架控制板 ATmeag8 8MHZ
接口：超声波发射 TrigPB1，接收 EchoPB0
舵机接 PC2、PC3、PC4、PC5
3.2 程序
#include
#include
#define distance 50
//安全值
#define PWM_O DDRC|=（1
//设为输出
#define PWM_H PORTC|=（1
//输出高
#define PWM_L PORTC&=～（1
#define PWM1_O DDRC|=（1
//设为输出
#define PWM1_H PORTC|=（1
//输出高
#define PWM1_L PORTC&=～（1
#define PWM2_O DDRC|=（1
//设为输出
#define PWM2_H PORTC|=（1
//输出高
#define PWM2_L PORTC&=～（1
#define PWM3_O DDRC|=（1
//设为输出
#define PWM3_H PORTC|=（1
//输出高
#define PWM3_L PORTC&=～（1
#define Trig_O DDRB|=（1
//发送端输出
#define Echo_I DDRB&=～（1
#define Trig_H PORTB|=（1
//输出高电平
#define Trig_L PORTB&=～（1
//输出低电平
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 溢出次数
unsigned int h，l；
//16 位定时器值高位低位
unsigned int time；
//计数值
10
10
float range；
//距离值
unsigned char flag；
//上升沿/下降沿标志位
void delay_us（unsigned int x）
//微秒延时
{
while（x--）
{
asm（"nop"）；
asm（"nop"）；
asm（"nop"）；
asm（"nop"）；
asm（"nop"）；
asm（"nop"）；
asm（"nop"）；
asm（"nop"）；
}
}
void delay_ms（unsigned int time）
//毫秒延时
{
while（time --）
{
delay_us（500）；
}
}
void Timer1_init（void）
参考文献
[1]吴运昌.模拟电子线路基础[M].广州：华南理工大学出版社，2004.
关键词：微晶；壳聚糖；影响因素；保水性
中图分类号：Q 539
文献标识码：A
文章编号：0367-6358(2007)12-741-03
作者简介：李(1975-)。女，讲师，主要从事化工化理的教学和壳聚糖的研究工作。
微晶壳聚糖(MCCh)具有特殊的超分子结构，是壳聚糖一种新的存在形式。与一般壳聚糖相℃比，具有保水性能好、成膜性好、生物相容性和抗菌能力强等优点，在许多领域可代替普通壳聚糖，而且还可以在一些普通壳聚糖不能应用的领域发挥作用如制备水凝胶和化妆品等。所以，制备微晶壳聚糖有着重要的意义。制备微晶壳聚糖关键在于降解方法的选择，常用的降解方法有化学法和物理法，与化学法相比，超声降解方法简单、成本低、无污染，为低聚壳聚糖在医药、化妆品等方面的应用提供理想的实验材料。本文采用超声波对壳聚糖进行降解。制备了微晶壳聚糖，并以表征相对分子质量大小的特性粘度为性能指标研究了多种因素对壳聚糖特性粘度的影响。
1 实验部分
1.1试剂与仪器
壳聚糖(脱乙酰度90％，青岛金湖甲壳制品有限公司)；冰醋酸，氢氧化钠，氯化钠均为分析纯；XMT型数显超级恒温槽(上海天平仪器厂)，多头磁力加热搅拌器(国华电器有限公司)，乌氏粘度计(上海前锋橡胶玻璃制品厂)，KQ-400KDB型超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)。
1.2微晶壳聚糖的制备
称取一定量的壳聚糖溶于2.0％(质量分数，以下同)HAc溶液中，在25℃下搅拌4 h，滤除不溶物，将滤液超声降解一定时间后，再在一定温度下加热降解4h，然后用一定质量浓度的NaOH溶液中和，析出微晶，调节pH值大于8，冷却抽滤，用蒸馏水洗净得不溶性壳聚糖，并将产物在常压下干燥，最后研磨、称量。
1.3微晶壳聚糖的保水性测定
将试样浸泡在过量的蒸馏水中，20 h后用滤布过滤，以4000 r／rain的速度离心10 min，称量为M1，再在105℃下干燥至恒重，称量为MO。试样的水分保留值按下式计算：
水分保留值(WRV)=(M1-Mo)／Mo*100％
1.4特性粘度的测定
2 结果和讨论
2.1单因素试验结果与分析
2.1.1壳聚糖浓度的影响
由表1可看出，壳聚糖浓度很小时。加入NaOH溶液后，形成细小的片状，无沉淀现象，分离比较困难，经济性不好；浓度太大时，溶液粘度高，操作不方便，滴入碱液易结成大块，不利于=搅拌均匀。因而壳聚糖浓度以1.2％较合适。
2.1.2超声降解时间的影响
降解是大分子变成小分子的过程，若降解反应中尽可能使分子大小均匀，分子链段成有序排列，则可得到高结晶产品。因此，降解时间、温度和降解方式必然会影响产品的粘度和相对分子质量。由图1可知，随着反应时间的延长，则产品的粘度会降低从而相对分子质量减小，降解时间达到4 h后，相对分子质量减小不显著。所以，合适的降解时间为4 h左右。
2.1.3 NaOH溶液浓度的影响
微晶的形成在于最后的中和聚集，晶体的大小形状也取决于此。本实验用NaOH溶液中和，当溶液的pH值大于8时，微晶壳聚糖全部析出。NaOH溶液的浓度决定了微晶的絮凝和沉淀速度。即影响了产品的结晶度和相对分子质量。对最终pH值，控制在7―8较好；若大于8，下一步洗涤至中性较困难，若小于7，沉淀不完全，壳聚糖的利用率不高。
由图2可以看出当NaOH的浓度高于5％后，壳聚糖的特性粘度减小不明显，且试验过程中发现浓度大的NaOH在滴加过程中不好控制。局部浓度较大，形成大硬块的壳聚糖盐，而用5％的NaOH溶液中和。形成的颗粒细小均匀。故NaOH溶液的最适宜浓度为5％。
2.1.4干燥条件对微晶壳聚糖产品的影响
干燥温度对微晶壳聚糖产品的影响如表2所示。由表2可见，干燥温度为25℃时，微晶壳聚糖的颜色为黄白色，随温度升高颜色加深，这是由于高温下发色基团活跃，使微晶壳聚糖的颜色变深的缘故；且随着温度升高，分子运动能量增大，水分子蒸发加快，干燥速度也加快，分子之间的堆砌紧密，晶粒较大，干燥后样品硬度增大，很难粉碎。所以，干燥温度不宜高，在25℃或室温条件下干燥即可。低温下大分子运动能量小，但水分子蒸发很慢，大分子间有水分子作剂，分子运动的阻力较小，易结晶，晶粒较小，因而干燥后样品硬度小较松脆，但干燥时间较长。
2.1.5最优操作条件
综合上述各种条件影响的研究结果，确定最优工艺条件为；壳聚糖浓度1.2％、降解时间为4 h、NaOH的浓度为5％。干燥温度为25℃。干燥时间为96 h。
2.2微晶壳聚糖的保水值(WRV)
将原料先聚糖及最优条件下得到的微晶壳聚糖粉末过100目进行水分保留值测定。微晶壳聚糖和壳聚糖的WRY分别为194％和98％。微晶壳聚糖的保水值几乎为壳聚糖的2倍。
2.3产物的结构表征
在最优试验条件下的产品用JEM-100CXⅡ型透射电子显微镜(TEM)检测结果如图3所示，显示结晶物为颗粒状物质。粒径小且分散性好，颗粒平均粒径在5um左右。
3 结论
(1)用超声波降解方法制备出微晶壳聚糖，对影响壳聚糖相对分子质量大小的因素进行了研究，得出了最优条件为壳聚糖浓度为1.2％、降解时间为4 h、NaOH的浓度为5％。
(2)最优条件下制备的壳聚糖保水性几乎为普通壳聚糖的2倍。
(3)产物的结构采用TEM进行检测，颗粒平均粒径在5,urn左右。
(2)通过规律性实验得到影响产率的各个因素对产率的影响规律与正交实验结果相同。
关键词：测距；超声波传感器；STM32； 1602显示屏
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）35-0238-02
当今社会测距是很普遍也很重要的问题，许多场合下需要准确、迅速、实时的测距。例如盲人在行走的过程中，需要一个装置来检测前方有无障碍物，在距离障碍物距离过近的时候必须可以报警；又如汽车倒车的时候也需要检测车尾与车库的距离，在危险距离的时候可以报警，使车主可以及时刹车，避免发生事故；再如一些的门口也需要测距的装置，当有人靠近的时候，会发出警报，使该区域的安全性得到保障。目前，测距的方法很多，如红外检测具有造价低、安全性能好、制作简单等优点；缺点是检测精度低、实用性低。由于超声测距是一种非接触式检测，其抗干扰能力较强，如光源、气候对超声的干扰都比较小，相比于其他的技术更精确，更安全。同时，超声测距具有少维护、不污染、高可靠、长寿命等特点。基于这一现状，本设计选用超声波来检测距离。
1 系统的整体设计
针对上述问题，本出如下的设计：先由超声波传感器向正前方发射超声波，与此同时开始计时，超声波沿着前进的方向传播，由于超声波能感应到障碍物，因此传播过程中碰到障碍物就会立即朝反方向回传，这样超声波接收器就可以接收到因障碍物而回传的超声波，同时，计时停止。超声波在空气中的传播速度v，设传播时间为t，那么单程传播的为t/2，由距离（s）=速度（v）时间（t）/2，就可以计算出发射点距障碍物的距离（s）。同时一方面将距离（s）由显示屏显示出来，让使用者能对前方有无障碍物一目了然，并且还能掌握障碍物与其的具体距离；另一方面，设置一个距离最小值，也成阈值，当障碍物的距离小于这个阈值的时候，单片机会给报警器发出报警信号，使报警器报警，让使用者能够迅速准确的做出应对措施。超声波测距原理如图1所示。
2 系统的硬件设计
2.1 硬件器件的x型
本设计的传感器选取的是非接触式的HC-SR04超声波测距模块，HC-SR04超声波测距模块使用成本低、抗干扰能力强并且准确性能好。单片机选取ARM系列最新、最先进构架的Cortex-M3内核的STM32，STM32不仅性能优越，而且价格便宜，所以本设计选取它作为主处理器。由于本设计的显示屏只需要显示距离信号，所以选取易于控制、成本低的1602显示屏。
2.2 硬件设计
硬件的组成可以分为两个部分：第一部分由超声波传感器以及STM32处理器组成，为检测部分，具体作用为：首先由STM32控制超声波发射器发射超声波，与此同时STM32控制定时器开始计时，由于超声波是沿着直线传播，当在前方遇见障碍物时，超声波会立即反射回来，当超声波传感器接收到超声波的时候STM32控制计时结束；第二部分由1602显示屏、报警电路组成，STM32检测计算出来的距离会由1602显示屏显示出来，当距离小于预先给STM32设定的阈值时，STM32会立即给报警电路发出报警信号，使蜂鸣器报警。报警部分由蜂鸣器和报警电路组成，报警电路如图3所示。
3 系统的软件设计
软件的设计主要是对STM32的编程，首先初始化串口和定时器，并且预先设置好阈值。接着给连接超声波传感器的IO口发出指令，开始发射超声波，并且由STM32控制定时器开始计数；接着实时监测超声波接收器有无信号的读取，若有，则说明前方有障碍物，定时器停止计数。取定时器的计数差值，由定时器计数的差值可以计算出共同的时间，而单向路程所需的时间为共同时间的一半，就可以计算出障碍物与超声波传感器的距离。同时还要将这个距离与预先设置好的阈值进行比较，若距离值小于阈值，则STM32会给报警电路发出报警信号，达到报警效果。
4 实验结果分析
随机选取不同的距离、不同材质的障碍物进行检测十次，每当达到检测范围的时候，显示屏每次都能准确的显示出障碍物的距离，并且当过度靠近障碍物的时候，蜂鸣器每次都会发出报警。结果表明本文设计的超声波测距系统能够准确的实现测距和报警的目的，满足当前市场的要求，同时制作简易，具有很好的发展和使用前景。
参考文献：
[1] 胡萍.超声波测距仪的研制[J].计算机与现代化，2003（10）：54-57.
关键词：AT89S51单片机 SRF08模块 超声波 测距仪
中图分类号：TP274.53 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）02-0165-02
随着社会的不断进步，汽车逐步进入到普通家庭，汽车中的各种电子设备越来越方便化和人性化，这其中倒车雷达是保证汽车安全性能的一个重要电子模块。现在市场上所使用的倒车雷达其实就是一种常见的超声波测距仪，驾驶者在倒车时，启动倒车雷达，在单片机的控制下，有装在车尾的超声波探头发射超声波，当遇到车后有障碍物时，产生回波信号，超声波接收头接收到回波信号后经过单片机进行数据处理，通过计算时间差就可以测量出两者之间相隔的距离。同时，还可以通过显示模块或发声模块向外输出信号，提示驾驶者后方障碍物的距离，使其对倒车动作有个预先判断。由此可以看出超声波测距是当前非常流行的一种非接触式的测距方式，其测距方式不易受外界影响，更适宜在有强电磁波、灰尘或烟雾的环境中进行测量，而且对于一些透明的物体更有其优越性。相比于激光测距和微波测距，超声波的测量精度不是很精密，但其硬件电路容易实现，结构简单，造价低廉，在一些倒车雷达，流量测量，液面监控，物体变形检测等方面还是有广泛的应用。
1 系统设计要求和设计思路
本系统设计采用AT89S51单片机作为核心控制芯片，使用SRF08型超声波测距模块对障碍物位置进行检测。当检测到障碍物距离超声波模块小于5米时，系统指示灯亮起，并发出单次提示音；当障碍物继续靠近，距离超声波模块小于3米时，系统的蜂鸣器开始发出间隔不同的连续报警音，距离越近报警音的间隔越小，直到报警音成为长音报警声。在发出报警声的同时，通过液晶显示器显示当前的距离，方便使用者有一个量化的数据。
1.1 超声波测距技术介绍
超声波是指振动频率大于20KHz以上的声波，由于其振动的频率非常高，超过了人耳听觉的频率范围，因此人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声波具有聚束、定向及反射、透射等特性，利用超声波的这些特性以及与物体作用产生的各种效用而设计的传感器叫做超声波传感器，由于其检测方便、迅速，计算方法简单且精度较高，所以经常在使用在距离测量方面。
超声波传感器根据原理不同可以分为压电式、电磁式和磁致伸缩式等。其中，压电式超声波传感器使用最为常见，它是根据压电效应的原理制作而成，既可以作为发射器也可以作为接收器使用。压电式超声波传感器是由压电晶片、吸收块、保护膜、引线等组成。当作为发射器时，给传感器两级加上一个频率等于压电晶片固有振荡频率的脉冲信号时，压电晶片将会发生振动，继而向外发出超声波；当作为接收器时，传感器两级不加电压，当其接收到超声波时，压电晶片随之振动，并将机械能转换为电信号。超声波模块测距原理是根据发出超声波后到检测到回波信号的时间t来计算传感器和障碍物的距离，由于已知声波的速度，其计算公式如下：距离=340*t/2。
1.2 SRF08型超声波测距模块简介
SRF08型超声波测距模块采用I2C总线接口设计，可以与多种单片机配合使用，其使用方便，操作方法完全按照I2C总线协议来处理。SRF08型超声波测距模块的工作特性如下：工作电压为+5V；工作电流最大为50mA，典型值为30mA；工作频率为40KHz，距离范围为3cm―6m；探测半径大于2m时，敏感度为3cm；当输入10us的TTL脉冲信号时，将产生超声波信号；回波脉冲也是TTL电平信号；可以设置为人工神经网络模式。由两个超声波探头和基础板组成，其中引出5个引脚与外界通信与控制，这5个引脚分别是VCC，SDA，SCL，NC，GND。SRF08型超声波测距模块可以设置为测距模式和ANN模式两种工作模式，本文主要介绍测距模式。在测距模式下，每向命令寄存器写入一次命令就会启动一次测距，同时清除回波记录缓冲区中的数据，测量得到的结果按照顺序以2个字节为单位依次存入寄存器中。如果要修改SRF08型超声波测距模块地址，则需要向I2C总线上的地址依次写入0xA0，0xA5，0xAA，之后再写入修改地址。
2 硬件电路设计
超声波测距仪的硬件设计主要是以AT89S51单片机为核心，并配有复位电路和时钟电路，主要电路模块包括：测距模块，显示模块，按键模块，发声模块。由于SRF08型超声波测距模块采用I2C总线协议，与单片机通信只需要SDA和SCL两根通信线，硬件连接相对比较简单。显示模块采用LCD液晶显示，P0口连接8根数据引脚，P2口的三根引脚连接控制引脚，其它外部设备例如蜂鸣器、LED指示灯、按键等通过三极管或电阻直接与单片机IO引脚连接即可。硬件原理图如图1所示。
3 软件程序设计
本系统的单片机内部程序主要是实现从SRF08型超声波测距模块中读取距离信息，之后进入到单片机内部处理，并通过LCD显示出来，这当中还与程序中的设定值进行比较，控制指示灯和蜂鸣器发出光信号和声音报警。整个程序分为主程序，超声波测距子程序，显示子程序，延时函数等。主程序流程图如图2所示。
4 结语
本文给出了一种采用SRF08型超声波测距模块设计并制作超声波测距仪的方法。利用测距模块测量距离并通过I2C总线协议输出距离信息，这种集成模块的使用符合现今电子产品设计的主流，具有硬件设计简单，软件设计实现容易等特点，具有一定的推广价值。对于后期的功能扩展，可以增加存储功能和语音播报功能，使超声波测距仪的功能更加完善。
参考文献
[1]明鑫.基于单片机的超声波传感器设计[J].科技信息，2014（1）：77，78.
关键词：荸荠；多糖；超声波辅助提取
中图分类号：TQ 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）08-01-01
荸荠在中国长江流域以南各省均有栽培[1]。荸荠汁多味甜，自古有“地下雪梨”和“江南人参”的美誉，营养丰富。据测定，每100克荸荠鲜品中，含碳水化合物21.8 g，蛋白质1.5 g，脂肪0.1 g，粗纤维0.5 g，钙5 mg，磷68 mg，铁0.5 mg，胡 萝卜素0.01 mg，VB 10.04 mg，VB2 0.02 mg，VC 3 mg[2]。此外，还有很好的医疗保健效果，根据《中药大辞典》记载：荸荠性味甘、微寒、无毒，有温中益气，清热开胃，消食化痰之功效[3]。目前，荸荠作为一种药食兼用的果蔬类食品深受大众的喜爱[4]。
迄今为止有关荸荠多糖的研究鲜有报道。近年来，超声波技术应用广泛，它可极大地提高提取效率，节约溶剂，避免高温对提取成分的影响，与常规提取法相比，具有提取高效、节能、省时等优点。因此，本实验采用超声波技术提取荸荠多糖，研究结果可为荸荠的精深加工和多糖类药物的开发等提供参考。
1 方法
荸荠（Eleocharis dulcis），市售。取荸荠去皮，冼净，切成小块，用组织捣碎机捣碎成荸荠泥（根据GB T 5497-85，抽样检测样品中水分含量为85.56%）备用。荸荠再进行多糖的提取（α-淀粉酶消化，浓缩，再消化，离心去沉淀）以及多糖的纯化（去蛋白，冷冻干燥）。
1.2 超声波辅助提取荸荠多糖单因素试验
1.2. 1 超声波功率对荸荠多糖得率的影响的测定 称取相同质量（10g）的荸荠泥10份，各加入15倍量的双蒸馏水，分别用200、250、300、350、400 W功率的超声波在50℃下处理20 min，再用80%乙醇醇析，考察超声波功率对多糖得率的影响。每个试验组设1个平行组，计算多糖的得率，结果取平均值。实验结果表明，超声波功率在200～300w时，随着超声功率的增大，多糖得率上升。超声波功率在300～400w时，随着超声功率的增大，多糖得率逐渐下降。因此，提取荸荠多糖的最佳超声功率是300W。
1.2. 2 料液比对荸荠多糖得率的影响的测定 称取相同质量（10g）的荸荠泥10份，分别加入5、10、15、20、25倍量的蒸馏水，以300 W功率的超声波在50℃下处理20 min，再用80%乙醇醇析，考察料液比对多糖得率的影响。每个试验组设1个平行组，计算多糖的得率，结果取平均值。实验结果表明：料液比为 1：10时，多糖得率最高。
1.2. 3 提取温度对荸荠多糖得率的影响的测定 称取相同质量（10g）的荸荠泥10份，各加入15倍量的蒸馏水，以300 W功率的超声波分别在30、40、50、60、70℃下处理20 min，再用80%乙醇醇析，考察提取温度对多糖得率的影响。每个试验组设1个平行组，计算多糖的得率，结果取平均值。实验结果在30～50℃时，荸荠多糖得率随温度的上升而上升。在50～70℃时，荸荠多糖得率随温度的上升而下降。这可能是温度过高，引起了多糖的降解。因此，在本实验条件下50℃为适宜的提取温度。
1.2. 4 超声处理时间对荸荠多糖得率的影响的测定 称取相同质量（10g）的荸荠泥10份，各加入15倍量的蒸馏水，以300 W功率的超声波在50℃下分别处理10、15、20、25、30 min，再用80%乙醇醇析，考察超声处理时间对多糖得率的影响。每个试验组设1个平行组，计算多糖的得率，结果取平均值。实验结果表明，处理时间小于20 min时，随着时间的增加多糖得率缓慢增加。处理时间在20～25min时，多糖得率显著增大，因此，超声波处理时间为25min适宜。
2结论
本研究结果表明，在本实验条件下，在影响荸荠多糖得率的4个主要因素中，料液比影响最显著，其次为处理温度，再次为超声波功率，接下来为超声时间，最后为乙醇浓度。荸荠多糖超声提取法提取的最佳工艺条件为：处理温度50℃，料液比1∶10，超声时间25min，超声功率300W。
参考文献：
[1] 广东省植物研究所. 海南植物志：第四卷[M]. 北京： 科学出版社， 1977： 9.
[2] 麻成金， 黄群， 余佶， 等. 荸荠保健醋酿造工艺研究[J]. 食品科学， 2007， 28（8）： 178～ 181.
关键词：超声波 介质 能量 衰减
中图分类号：TE254 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（b）-0116-02
1 压电陶瓷换能器
压电陶瓷换能器由压电陶瓷片和两种金属组成，在一定的温度下经极化处理后，具有压电效应。当发射端的压电陶瓷固有频率等于信号发生器的发射频率时，将产生共振，发射端产生超声波。并且向前传播。当超声波传到接收端时，压电陶瓷也将产生共振，在经过转化电路把压电陶瓷的机械能转化为电信号传给示波器，可以将信号发生器的脉冲信号表示成： （1）
当压电陶瓷换能器发射端的超声波经过介质传到接收器，并且发射器探头与接收器探头平行时，在接收器与发射器之间，入射波与反射波相干叠加，当放入介质的时候峰-峰值会随着探头的距离变化而发生变化。
2 利用极大值法测量
2.1 超声波在纸张里的能量衰减
测量数据如表1所示（表格中的d1为纸张的厚度0.04 mm/层；Vp-p为电压峰峰值）。
根据表1数据超声波在纸张中的能量衰减曲线如图1所示。
2.2 超声波在布料里的能量衰减
测量数据如表2所示（表格中的d2为布料的厚度0.041 mm/层；Vp-p为电压峰峰值）。
根据表2数据，得出超声波在布料中的能量衰减曲线如图2所示。
3 超声波在介质中传播能量损失的原因分析
通过对超声波能量在介质中的损失研究表明，损失主要由以下几个原因造成。
3.1 吸收损耗
由于超声波在介质中传播时介质非理想，不均匀，使物质内部的分子之间相互运动，导致超声波能量被介质吸收而转化为热能。超声波的能量衰减程度会随着物质的致密性增加而增加。
3.2 扩散损耗
超声波在传输过程中波阵面不断扩大，造成单位面积上的能量减小，波阵面上的平均功率密度减小，表现为声强的衰减，所以超声波的能量随着超声波在物质中的传播距离的增加而减弱。随着距离的衰减而加强。
3.3 散射损耗
超声波在传播过程中，遇到不同介质时，将发生散射，从而损失超声波的能量，散射主要发生在介质的粗大晶粒表面。由于晶粒排列不规则，在倾斜的界面上发生反射、折射等，导致能量损耗。
4 超声波在纸张和布料不同介质中的能量衰减对比图
图3中测量点为“”表示纸张图线，对超声波的衰减特别大，有一层纸（纸张厚度d1=0.040 mm/层）已经将同样大小的超声波，差不多已损失殆尽，而另一测量点为“■”图线表示的是布料（布料厚度d2=0.041 mm/层），则衰减比较缓慢，随着厚度的增加，两种介质对超声波的衰减趋势将变得缓慢。
在研究中通过对数据的分析发现超声波在不同的介质中能量的衰减变化不相同，超声波会随着材料的材质，还有物质的厚度发生变化，并且会有超声波次极大值的出现，在超声波测量当中要严格地把握材料的相似性。有些没有办法避免的因素，应该用控制变量的方法，得出每一个影响超声波能量的因素。
超声波在介质传播过程中，伴随着介质形变、压缩、温度升高等一些现象，并且在介质内部产生内摩擦，使得超声波的能量减弱，通过实验发现，超声波在不同的物质中，它的衰减程度不相同，在均匀致密的物质衰减的程度远远大于在不均匀稀疏的物质，这其中吸收损耗占主要作用，但是随着介质厚度的增加，能量衰减曲线的变化变得非常缓慢，这时起主要作用的是扩散损耗，当介质的厚度到达一定程度，能量曲线就变得很微弱了，散射损耗的损失就加大了，占了损耗的大部分。所以超声波在介质中的能量损失是有几种损失共同作用的结果，随着材料的不同、结构的不同，发生着变化。
参考文献
[1] 康崇，关春颖，孙晶华，等.大学物理实验[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出社，2006.
[2] 胡险峰.驻波法测量声速实验的讨论[J].物理实验，2007，27（1）：3-6.
[3] 陈洁，苏建新.声速测量实验有关问题的研究[J].物理实验，2008，28（6）：31-33，38.
【关键词】超声波探伤；无损检测系统；焊缝
0 前言
超声波探伤检测技术是无损检测中的一项较为传统的检测方法。发展至今，超声波检测技术水平和手段都发展得较为成熟。国内外专家、学者对该领域的研究工作从未停歇，随着多种质量检测技术的不断完善，超声波探伤检测也必然面临着技术改革。在对于机械生产中焊缝质量检验的过程中，应用超声波探伤检测技术进行质检具有其独特的意义。在研读大量专家的著作后，笔者对于该内容的研究也有一定的看法，以期能将其中较为有益的研究成果应用于实际生产。
1 超声波探伤检测系统概述
无损检测技术一般是指在不损伤被测物体的基础上，将该物体表面及其内部结构中存在的缺陷检测出来，提示给操作人员进行修正。在检测过程中，不仅要对电、磁、热等外界环境对物体性质的影响检测出来，还要对该物体本身存在缺陷或潜在问题的性质、状况、位置等各项数据指标明确的显示出来，辅助工作人员做出精准的判别[1]。超声波探伤检测系统属于无损检测技术的一个技术分支，并且通过长期实践应用，该技术已经成为现代工业生产质检环节中一项不可或缺的重要技术支撑。
1.1 超声波探伤检测技术的特性
在无损超声波探伤检测技术与磁粉检测技术、射线检测技术等相比，具有检测对象范围广、检测深度大等特点；与微波检测技术、红外检测技术相比具有定位更准确、灵敏度更高、对人体无害等特点[2]。总之，超声波探伤检测技术是目前国内外应用范围最广的无损检测技术。超声波探伤检测技术系统在工业产业链条中起到了重要的支撑作用。
1.2 超声波探伤检测技术的实际应用
随着工业生产过程中对于检测效率和机械设备可靠性的要求不断提高，超声波探伤检测技术的实施过程更加快捷。该技术应用与工业焊缝质量的检测环节中，能够较快速的将焊缝的缺陷呈现出来，而且显示内容更为直观，显示位置更为精准。同时，工业生产领域对于机械设备缺陷的定量定性分析与研究也随之发展，从而促进超声波探伤检测焊缝质量过程的进一步完善。
2 关于应用超声波探伤检测系统检测焊缝的研究
国内外专家、学者对于无损检测技术的研究与实践的内容都较为丰富，对于实际的工业生产起到了重要的指导作用。其中，超声波探伤检测焊缝质量的工作原理通过具体的工序环节内容可以很明显的呈现出来。并且，通过一系列具体的模拟实验过程，探究到超声波探伤检测技术的未来发展方向，如果加以改良，将对实际的工业生产领域带来帮助，提升该技术系统的自动化处理水平。
2.1 超声波探伤检系统的工作原理
超声波探伤检测技术用于焊缝质量检测的过程中的工作机理分为三个主要步骤：首先，由超声波发射电路所产生的高压负荷脉冲激发机械探头所产生的超声波；其次，由设备内部的发射电路所发射的超声波在焊缝的表面产生一定的反射波，该波段能够在一定程度上将监测内容呈现出来；最后，将接收到的反射波进行前置调理以后，使得超声波信号在自身系统的告诉采集模块中进行分析，并且将模拟信号束缚到超声波的检测范围之内。另外，通过超声波探伤检测技术系统的运行，将高速模块与数据模块中的信息进行存储，将分析处理之后的数字量传导给该系统的显示屏中，从而实现超声波探伤检测技术的分析与处理过程[3]。该技术的应用，提高了工业制造环节中各类焊缝焊接的生产质量。
2.2 超声波探伤检测焊缝的发展趋势研究
为了进一步研究超声波探伤检测技术在焊缝质量检测工作中的实际应用状况，笔者采取了一系列的检测实验。在保证工作正常进行的前提下，探究如何提高超声波探伤检测技术的实效性，以便于更好的应用于实际的焊缝质量检测工作中。
在实验中，笔者采用在生产生普遍存在的焊接面，利用超声波信号的单晶直探头作为数据信息的发射与接收端。接下来，针对接收端所接收到的超声波信号作为模拟采集信号，并将其输入到超声检测系统的模块之中。在经过对输入信号的处理之后，对数据信息和分析处理结果进行整合，最后在该系统的显示屏观测波形显示的结果。系统计算模块对于焊缝缺陷的定位、定性以及定量都能起到很好的辅助作用[4]。
通过对超声波探伤检测技术应用在焊缝质量检测的实验过程的分析，令该技术的各项环节更为细致化的呈现出来。究其运作机理可以得知，如果能将更新的信息技术手段与之相融合，可使该项技术得到进一步的升级，实际的检测工作效果会更加明显。在现代化的社会生产环境中，人们的工作和生活都离不开网络信息技术的应用[5]。基于此，我国当前的超声波检测焊缝质量的过程，需要紧跟世界发达国家的超声波检测技术的发展潮流，将该技术进行进一步的完善，提升该技术系统的运作效能。而且，焊接质量的好坏将直接影响到整个生产过程或工程的质量，管道焊接质量的优劣依赖于无损检测技术。随着边缘技术的革新，将此项技术的研究方向与时代信息技术的发展相结合，已经成为工业领域发展的必然趋势。这就需要相关技术人员与国家科研人员着力开发数字化与智能化的技术平台，加强超声波探伤检测技术本身的自动化优势，令焊缝质量的检测结果更加精准。
3 结束语
通过系统的研究与分析，并结合大量专家学者对超声波探伤检测技术的研究，对无损检测中的超声波探伤检测技术的探究有了更进一步的认识。该技术具有较强的稳定性与可靠性等特点，在对于焊接质量的检测工作中，利用该技术手段，可以避免相当一部分生产事故的发生，从而令生产环节更加安全，保证我国工业生产链条的有序运行。
【参考文献】
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关键词：超声波、磨削、振动、加工材料
1 超声波磨削加工的专利概况
（1）按照申请和公开的年份进行统计分析
图2-1可以看出，在国内1990以前，专利涉及超声磨削加工的比较少，我国超声波磨削加工起步比较晚，1990-2005年，经历了初步发展期，理论初步形成，2005-至今，技术发展比较迅速，高校和企业的专利申请比较活跃，说明超声波磨削加工技术逐渐成熟，在加工生产中应用广泛。国外超声波磨削加工起步比较早，在1975年有专利申请，申请量也是逐步增加，其中1975-1990年，申请量一直处于小幅的增长过程中，处于初步发展阶段；在1990-2000年，经历了快速发展阶段，申请量增长量比较快，技术发展比较成熟；2000至今，处于缓慢增加，申请量维持较高水平。
图1-1 超声波磨削加工的国内外专利申请量趋势
2 超声波磨削加工技术发展
超声波磨削加工装置的发展主要体现在超声波加工技术的应用和改进。加工材料主要包括工程陶瓷、石英、光学玻璃、单晶硅、宝石、硬质合金、复合材料等硬脆性材料，S着材料的广泛应用，也促进了超声波磨削加工的快速发展。随着超声波加工技术的发展，以及加工材料精度高，超声波磨削技术逐渐与其他表面加工方式结合对工件进行加工，如电化学加工、电解研磨[1]。
3 结语
本文通过对超声波磨削加工的专利申请的分析，概览了该领域专利申请的总体情况，分别从年度走势、申请人情况、发展趋势等方面进行分析。通过分析可知，近年基于超声波磨削加工领域的专利申请迅速增多，申请人在该领域专利布局逐渐加强，但国内申请人重要集中在高校；针对目前这种情况，企业应该加强对专利的认识，研究基于超声波磨削加工领域中出现的新技术和新方向，引导各企业和科研机构积极研发核心技术并促进专利成果转化。
关键词：类球红细菌；辅酶Q10；单位细胞产量
中图分类号 Q939.97 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2014）06-23-03
辅酶Q10，又称癸烯醌、泛醌（商品名：Coenzyme Q10，简称CoQ10），是一种存在于革兰氏阴性细菌、植物细胞和动物肝脏中的脂溶性醌类化合物，是细胞呼吸传递链上的重要递氢体[1]。辅酶Q10作为一种生理活性物质，具有保健、改善作用，因此被广泛应用于药业、化妆和食品产业[2]。辅酶Q10参与细胞的代谢活动，并且可以用来治疗心脏病、高胆固醇、高血压、老年痴呆症、帕金森症等疾病[3]。
目前制备生产辅酶Q10的方法有微生物发酵法、化学合成法和动植物组织提取法[4]，其中微生物发酵法被认为是最有发展前景的[5-7]，辅酶Q10存在菌体细胞线粒体内膜上，属于细胞内产物。所以辅酶Q10的提取和检测首先涉及到如何充分地破坏细胞使其细胞内的辅酶Q10尽量的释放出来而被检测。而辅酶Q10的侧链存在着不饱和双键，使辅酶Q10的在提取过程中容易受到氧化剂、紫外线等因素的影响，这是由于辅酶Q10的侧链存在着不饱和双键易受到这些因素影响而发生氧化和加成反应，使其散失原有的生物活性，甚至会形成对人体有害的物质，因此研究提取因素对辅酶Q10的影响具有重要的应用价值。
为了能够得到和检测辅酶Q10，首先必须对菌体进行破壁，使其体内辅酶Q10能够释放出来，而常见的细胞破壁方法有非机械法和机械法，本研究选择了机械法中的超声波破壁法，对超声波输出功率、每次辐射时间、工作总时间和菌液浓度条件进行了优化，以确定辅酶Q10的最佳提取条件。
1 材料与方法
1.1 材料 菌株 Rhodobacter sphaeroate EIM，由福建师范大学工业微生物教育部工程研究中心保藏。
1.2 主要试剂和仪器 无水乙醇、电热恒温水浴锅（DK-80）、超声波破碎仪（BIOMETRA）、高速冷冻离心机（AllegraTMX-22R Centrifuge）、超高效液相色谱仪（Acquity UPLC）等。
1.3 实验方法
1.3.1 发酵液的预处理 辅酶Q10是类维生素脂溶性物质，且属于胞内产物，因此提取辅酶Q10包括以下2步：进行细胞的破碎和辅酶Q10的溶解分离。取5mL发酵液在8 000r/min的条件下离心10min，弃去上清液，无水乙醇洗涤1～2次，并用无水乙醇制成悬浊液，定容至20mL，利用超声波破碎仪进行破碎细胞。
1.3.2 菌体干重的测定 发酵液经过8 000r/min离心10min，去上清液并用蒸馏水洗涤后，放置100℃烘箱中烘干至恒重后称量。
1.3.3 发酵液中辅酶Q10的测定 取1mL发酵液置于10mL的棕色容量瓶中，滴加20μL的6mol/L的HCl，加入1mL的丙酮，摇匀，加1mL的30%过氧化氢，摇匀，再加入无水乙醇2mL，摇匀，预超声1min去除气泡，最后用无水乙醇定容至10mL，超声45min，超声结束后摇匀静止30min，用0.22μm的有机膜过滤即可得到辅酶Q10样品，再用WATERS-Acquity UPLC进行分析测定。
2 结果与讨论
2.1 超声波输出功率对辅酶Q10提取的影响 用超声波每次辐射/间歇时间为5s/6s、总工作时间为5min、菌液OD为22.3对处理后的发酵液进行超声波处理，考察超声波输出功率对辅酶Q10提取的影响（图1）。
由图1可知当超声波的输出功率过小时，对菌体细胞的破碎程度不够强烈，导致细胞不能被破碎，使细胞内的辅酶Q10无法溶解在乙醇中。输出功率的提高有利于液体中空穴的形成，从而形成更多的空化泡产生空化效应，有利于细胞的破碎。当继续提高超声波功率，发现超声波输出功率在55%时辅酶Q10提取量最高，但是超声波输出功率超过55%后，辅酶Q10提取量呈现下降趋势，分析原因是超声过程中产生的空化作用对细胞产生了局部的高温高压，使得溶液中产生了H・和OH・等自由基[8]，这些强氧化性的自由基会氧化和降解溶液中的辅酶Q10，从而使辅酶Q10提取量下降。因而确定超声波的最佳输出功率为55%。
2.2 超声波每次辐射时间对辅酶Q10提取的影响 用超声波功率55%、总工作时间为5min、菌液OD为22.3对处理后的发酵液进行超声波处理，考察超声波每次辐射时间对辅酶Q10提取的影响（图2）。
结果表明，在超声条件相同的情况下，每次辐射时间为4s效果最好，此时提取的辅酶Q10量最高。超声波破碎细胞的过程：超声波使溶液形成空穴，从而产生空化泡，然后再由空化泡进行震动、膨胀、压缩和崩溃闭合的过程，这一过程由短暂的时间来完成的，短时多次的工作方式有利于超声波产生更多的空化泡，有更多的机会完成膨胀和爆炸的过程，因此有利于细胞的破碎[9]。不过当每次辐射时间过短时，辅酶Q10提取量反而下降，这可能是由于辐射时间过短导致超声波空化作用起不到对细胞爆裂破壁作用所致。当每次辐射时间达到4s时，辅酶Q10提取量最大，当继续提高每次辐射时间辅酶Q10提取量却下降了，这可能是由于辐射时间越长使得超声波产生的空化作用越强，导致产生的活性氧也越多，辅酶Q10被氧化降解，提取量下降。因此，选择4s作为超声波的最佳辐射时间。
2.3 超声波工作总时间对辅酶Q10提取的影响 用超声波功率55%、超声波每次辐射/间歇时间为4s/6s、菌液OD为22.3对处理后的发酵液进行超声波处理，考察超声波工作总时间对辅酶Q10提取的影响（图3）。
在超声波其他条件都固定的前提下，随着工作总时间的提高，辅酶Q10提取量也随着增加，这是由于工作时间充分，细胞破碎充分，辅酶Q10从细胞中被提取的量也增多，但是随着工作总时间进一步提高，辅酶Q10的提取量反而下降，这是由于辅酶Q10对光敏感，见光易分解，长时间暴露在空气中，易被氧化。所以适当提高工作总时间可以提高辅酶Q10提取量，但时间不宜过长，最佳总工作时间为4min。
2.4 菌液浓度对辅酶Q10提取的影响 用超声波功率55%、超声波每次辐射/间歇时间为4s/6s、工作总时间为4min，对处理后的发酵液进行超声波处理，考察菌液浓度对辅酶Q10提取的影响（图4）。
从图中4可以看出随着菌液浓度的增加，辅酶Q10的提取量呈现先增加后减少的趋势。原因是当菌液浓度很稀时，超声波在溶液中传递的能量损失很大，表现出来的破碎细胞效果也很差，随着菌液浓度的进一步提高，超声波传递过程的能量进一步减少，辅酶Q10的提取量也增多，但是菌液浓度过稠时，却不利于超声波过程中空化泡的形成及膨胀和爆炸，导致细胞的破碎效果不好[10]。
2.5 正交试验确定最佳提取条件 根据单因素试验的结果，以超声波输出功率、每次辐射时间、工作总时间、菌液浓度为主要因素，确定步长和方向，进行4因素3水平的正交试验（表1），结果见表2，方差分析结果见表3。
由表3可知，超声波输出功率、每次辐射时间、工作总时间对提取效果均有极显著的影响，菌液浓度对辅酶Q10提取效果影响不显著。根据R值比较了各个因素对辅酶Q10提取效果的影响程度依次为超声波输出功率>工作总时间>每次辐射时间>菌液浓度，综合各个因素的k值比较可得A2B1C3D2为最佳破碎条件，即超声波输出功率为55%、每次辐射时间为3s、工作总时间为6min、菌液浓度为23.4。在此条件下，辅酶Q10的提取量达到11.86mg/L。
3 小结
通过单因素试验和正交试验优化了超声波破碎仪提取辅酶Q10的工艺条件。确定了辅酶Q10最佳提取条件为：超声波输出功率为55%、每次辐射时间为3s、工作总时间为6min、菌液浓度OD为23.4。
采用超声波破碎细胞过程要在冰浴条件下进行，从而降低超声过程中产生的热对辅酶Q10的破坏，而且提取辅酶Q10过程应该尽量避光，这是由于辅酶Q10见光易分解。
参考文献
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【关键词】超声波检测；灌注桩；无损检测
一、前言
结构混凝土在施工过程中常因各种原因产生缺陷,尤其是混凝土灌注桩,由于水下浇筑,工艺复杂,隐蔽性强,混凝土硬化环境及成型条件复杂,且混凝土由自重、自流密实更易产生空洞、夹杂物、局部疏松、缩径等各种桩身缺陷，对建筑的安全和耐久性构成严重的威胁。超声波检测是检测混凝土灌注桩桩身缺陷、评价其完整性的一种有效方法，当声波经混凝土传播后，它将携带有关混凝土材料性质、内部结构与组成的信息，准确测定声波经混凝土传播后各种声学参数的量值及变化，就可以推断混凝土的质量。
二、基本原理
超声波检测混凝土桩的基本原理与通常的混凝土超声波探伤的原理是一样的，即在桩的一侧通过发射探头将电能转换为机械能，发出超声波(频率在20kHz以上)穿透混凝土桩，然后在桩的另一侧，通过接收探头将此超声波接收后又还原为电信号，将此信号放大，即可在示波器上显示，声波的历时则由数码显示器给出，并可打印出数值。由于超声波所穿透的混凝土厚度(或距离)为已知，根据超声波脉冲发出和到达的时间，即可算出在混凝土中传播的声速(或纵波速度)。由声速可直接判断桩身混凝土的质量，混凝土愈密实，声速值愈大；相反，混凝土愈松散，或声波脉冲路径中有孔洞、裂缝或离析等，则声速就会减小，由此可以检验桩身混凝土的质量和完整性,检测方法如图1所示。
由此可见，超声波检测混凝土桩桩身质量和完整性的理论基础是根据弹性波波速与介质特性之间的关系，对于理想介质中的纵波的传播速度，则有：
式中 E――介质的弹性模量；
――介质的密度；
――介质的泊松比。
从实测的桩身材料的波速(或声时，即声波穿透的历时)，就可以推断所穿透介质特性的变化。所以，测定桩身材料的波速(或声时)，是超声波检测桩完整性和质量的主要依据。
此外，除了实测的波速(或声时)外，接收波的振幅和波形也很重要。大量试验结果表明，由于缺陷(孔洞，夹泥，离析等)的存在，界面增多，使声波产生诸多的反射、折射和散射，导致振幅的明显衰减。因此有时虽然实测的声速较高(或声时较短)，但如声波的振幅衰减很大，也不能判断为混凝土的强度(或弹性模量)很高，因为，这很可能是由于混凝土中粗骨料比例大(粗骨料的声速比砂浆的声速或混凝土的平均声速要大)；同样，有时在测试中，虽然声速(或声时)变化不大，但如果该处振幅衰减较大，也表明这里的混凝土质量较差。接收波的波形也是判断桩身质量的依据，如果接收的波形与发射波形完全不同，产生很大的畸变，或者接收不到波形，无法判读声时，都说明混凝土有缺陷
目前，在桩身质量检测中常用的声学参数为声速、波幅、频率以及波形。
声速：超声波在传播路径上遇到缺陷时，由于绕射，声时变长，从而声速降低。
（2）振幅(前波振幅)：超声波在缺陷界面上声阻抗差异显著，产生反射、散射和吸收，使接收波振幅显著降低。
（3）频率变化；一般情况下，混凝土强度越高接收频率也越高，反之，强度低，频率也随之下降。
（4）波形变化：有缺陷的混凝土其结构的连续性被破坏，使超声波在内部传播发生变化。直达波、绕射波．反射波等各类波相继被接收，由于这些波的频率、相位不同．在彼
此叠加时，会使正常的波形发生变化甚至出现畸变（图2、3）。
超声波检测桩身质量和完整性的方法，是以实测声时随深度变化曲线为主并辅以振幅和波形的变化，综合判断而得出结论。
三、工程实例
3.1实例一
某建筑工程一，在工程桩开始施工前，先做两组φ800 mm（桩长47 m）钻孔灌注桩作为静载荷试桩，编号分别为S1和S2。在对试桩进行静载荷试验前，先对其分别进
图2正常混凝土的接收波形 图3缺陷混凝土的接收波形行
超声波检测和低应变检测。超声波检测的声速-深度、幅值-深度曲线见图4。
由图4中可以看出试桩S1在桩底部46.0~47.0 m存在明显缺陷，声速仅为2 500 m/s（正常波速为4 000 m/s左右），幅值明显降低；试桩S2桩身质量完好。而从图5中来判断，这两根桩均无明显缺陷。其后对两组试桩进行了静载荷试验，其中由于S1第一次试验未达到设计要求，第一次试验后32 d对其进行了第二次静载荷试验。两组静载荷试验的结果如表1，静载荷试验Q-s曲线见图6。
表1试桩静载荷试验结果表
图6试桩静载荷试验Q~S曲线图
S1在近桩端1 m内混凝土存在比较严重的缺陷，结合超声波检测和静载荷试验曲线图6(a)的形态，很明显试桩S1桩端存在较厚沉渣。试桩S1在经过第一次试验后桩底沉渣已被压实，故在第二次试验时桩端承载力发挥作用，曲线形态与试桩S2桩身质量完好的试桩非常的相似，试桩S1承载力明显提高，而仅从低应变曲线中却无法判断出S1桩底部的缺陷。
3.2实例二
某建筑工程二，基础采用人工挖孔灌注桩，孔中干灌混凝土。桩径为1 200 mm，桩长6 m。成桩15 d后对其进行了超声波检测，1-1号桩AB剖面检测结果波列影像如图7，其余两个检测剖面形态基本相同。
从图7中可以看出，该基桩在距桩顶2.3 m以上波列出现明显异常，0 m～0.5 m处波速明显偏低（仅为3 600 m/s左右，而该桩下部正常混凝土的波速均在4 000 m/s以上），而幅值则基本正常；0.5 m～0.8 m处波速基本正常，但幅值明显降低；0.8 m～2.3 m处波列发生严重畸变，无法接受到完整的声波信号。查看施工日志发现，该桩在灌注到上部快要结束的时候，突然下暴雨，而施工方未能采取合理的措施。对该桩上部进行凿除处理，发现上部0 m～0.5 m砂浆多，粗骨料少；0.5 m～0.8 m处则正好相反，该处砂浆少，而大部分为粗骨料；0.8 m～2.3 m处则主要为粗骨料和砂子松散的堆积，少见水泥胶结。
四、结束语
（1）超声波检测法是检测混凝土内部质量的一种有效方法，它可以详细查明桩身内部混凝土质量的变化情况，具有较高的准确度和分辩率。
（2）超声波透视法能检测沿桩身长度的任意一个截面的质量，尤其对大桩径和超长桩，比低应变检测法反映桩基质量更细致、更精确。
（3）混凝土质量超声波检测的应用，为混凝土的质量处理提供了可靠的依据。
