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超声波的检测应用原理
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发表时间:2018-05-09 11:22

超声波就是频率高于20kHz、超出人们耳朵辨别能力并且穿透性很强的声波。超声波的应用有很多,比如用超声波的反射来测量距离,利用大功率超声波的振动来清除附着在锅炉上面的水垢,利用高能超声波做成 "超声波刀"来消灭、击碎人体内的癌变、结石等,而利用超声波的反射等效应和穿透力强、能够直线传播等的特性来进行检测也是其中一个很大的应用领域。
超声波的检测应用主要包括在工业上对各种材料的检测和在医疗上对人体的检测诊断,通过它人们可以探测出金属等工业材料中有没有气泡、伤痕、裂缝等缺陷,可以检测出人们身体的软组织、血流等是否正常。
  那么人们是怎么样利用超声波来进行检测的呢?现在通常是对被测物体(比如工业材料、人体)发射超声波,然后利用其反射、多普勒效应、透射等来获取被测物体内部的信息并经过处理形成图像。其中多普勒效应法是利用超声波在遇到运动的物体时发生的多普勒频移效应来得出该物体的运动方向和速度等特性;透射法则是通过分析超声波穿透过被测物体之后的变化而得出物体的内部特性的,其应用目前还处于研制阶段;这里主要介绍的是目前应用最多的通过反射法来获取物体内部特性信息的方法。
  反射法是基于超声波在通过不同声阻抗组织界面时会发生较强反射的原理工作的,正如我们所知道,声波在从一种介质传播到另外一种介质的时候在两者之间的界面处会发生反射,而且介质之间的差别越大反射就会越大,所以我们可以对一个物体发射出穿透力强、能够直线传播的超声波波,然后对反射回来的超声波波进行接收并根据这些反射回来的超声波波的先后、幅度等情况就可以判断出这个组织中含有的各种介质的大小、分布情况以及各种介质之间的对比差别程度等信息(其中反射回来的超声波波的先后可以反映出反射界面离探测表面的距离,幅度则可以反映出介质的大小、对比差别程度等特性),从而判断出该被测物体是否有异常。
  在这个过程中就涉及到很多方面的内容,包括超声波波的产生、接收、信号转换和处理等。其中产生超声波波的方法是通过电路产生激励电信号传给具有压电效应的晶体(比如石英、硫酸锂等),使其振动从而产生超声波波;而接收反射回来的超声波波的时候,这个压电晶体又会受到反射回来的声波的压力而产生电信号并传送给信号处理电路进行一系列的处理,最后形成图像供人们观察判断。
  这里根据图像处理方法(也就是将得到的信号转换成什么形式的图像)的种类又可以分为A型显示、M型显示、B型显示、C型显示、F型显示等。其中A型显示是将接收到的超声波信号处理成波形图像,根据波形的形状可以看出被测物体里面是否有异常和缺陷在那里、有多大等,主要用于工业检测;M型显示是将一条经过辉度处理的探测信息按时间顺序展开形成一维的"空间多点运动时序图",适于观察内部处于运动状态的物体,如运动的脏器、动脉血管等;B型显示是将并排很多条经过辉度处理的探测信息组合成的二维的、反映出被测物体内部断层切面的"解剖图像"(医院里使用的B超就是用这种原理做出来的),适于观察内部处于静态的物体;而C型显示、F型显示现在用得比较少。
超声波检测不但可以做到非常准确,而且相对其他检测方法来说更为方便、快捷,也不会对检测对象和操作者产生危害,所以受到了人们越来越普遍的欢迎,有着非常广阔的发展前景。

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