new超声波检测

1、皖西学院本科毕业论文（设计）超声波在检测技术中的应用分析作 者陶海涛指导教师张仲义摘要：本文通过对已有超声波检测知识的学习，论述超声波的产生原理、阐述超声波的应用范围、讨论其检测原理和方法、展望超声波检测发展前景、把握超声波检测技术今后的应用方向。其中简要介绍了使用超声波技术对金刚石复合片(PDC) 进行检测的一些初步体会，对应用超声波A 扫描、C扫描方法在检测过程中应注意的问题进行了描述；讨论了将滚焊机滚轮进行改装而进行超声波检查的方法、原理。关键词：超声波检测 PDC 缝焊Abstract: This article has been through ultrasonic testing

2、knowledge of the study, ultrasound on the formation of principle, on the application of ultrasonic and discuss its principles and methods of detecting and looking forward to the development prospects of ultrasonic testing, and ultrasonic detection technology grasp the future direction of the applica

3、tion. Which gave a briefing on the use of ultrasound technology to PDC (PDC) to detect some of the initial experience, the use of ultrasound scanning A, C scanning method in the process of testing should pay attention to the problem were described; discussed the scroll wheel for the roll welder Ultr

4、asonic inspection and modification to the method, principleKey words: ultrasonic testing PDC seam welding目录引言 31 超声波应用范围 42 超声波检测原理和方法 52.1 超声波检测的原理 52.1.1 纵波（L波） 52.1.2横波（TV，TH波或SV，SH波）52.1.3表面波（R波）62.1.4板波（Lamb波和Love波）62.2 超声波检测的方法62.2.1 超声传播检测法62.2.2 超声振动检测法73 举例说明超声波检测的原理和方法73.1 金刚石复合片(PDC)的内部烧结

5、质量问题73.1.1 超声波检测原理73.1.2试验与讨论83.2 缝焊的超声波检测93.2.1 滚焊机滚轮和超声波探头93.2.2 超声波检测原理93.2.3超声波检测缝焊的讨论103.3微控制器与超声波技术在汽车倒车检测系统中的应用103.3.1倒车障碍检测系统对盲区内障碍物的探测103.3.2超声波传感器系统构成与工作程式(见图1所示)113.3.3基于超声波微控制器技术的倒车障碍检测系统设计方案123.3.4用微控制器作为检测系统的主控器133.3.5超声波传感器的选择与参数143.3.6有关提高倒车检测系统性能与精度的解决154 超声检测的发展趋势164.1 超声检测在地下管道方面的

6、发展趋势164.2 激光超声检测技术在材料评价上的发展趋势16结束语17引 言物体的机械振动产生波，波的频率取决于物体的振动频率。频率范围在21043108Hz的波称为超声波。超声波是指频率在人耳听闻以上的在连续介质中传播的弹性波。人们最早就从大自然中得到启示，利用超声波可以探测目标，如蝙蝠在黄昏时飞行自如而不撞击墙壁和树木，海豚在水肿可以准确地跟踪捕捉目标，都是因为他们具有发射和接受超声波的功能。后来，在航海中人们就用超声波探测冰山。早在1983年，FSavrt曾用齿轮，第一次产生2.4104 Hz的超声。1876年FGalton用气哨产生3104 Hz的超声。1916年PLangevin(

7、朗芝凡)首次致力于研究水下超声作为侦察手段。1927年RWWood和AELoomis首次发表对超声能量作用的实验报告，为今天称为功率超声学奠定了基础。利用超声波探测物体内部的缺陷和结构醉枣是原苏联的Sokolov与1929年提出的。1931年德国人在专利中提出了工业应用方案。在第二次世界大战中，由于雷达技术和脉冲技术的发展以及战争的需要，大大促进了超声脉检测技术的发展。1944年美国的F.A.Firestone发表采用超声脉冲法的探伤仪的报告，1946年英国D.O.Sproule制成A型脉冲反射式超声波探伤仪，并用于钢材的探伤。到了本世纪50年代，A型脉冲反射式超声探伤仪已广泛应用与世界先进工

8、业国家的钢铁、机械制造和造船工业领域。我国解放前超声学研究是个空白。超声学研究始于1956年的12年科学规划。1959年超声应用（探伤、加工、种子处理、显示、医疗、粉碎、乳化及染料等）取得了进展。在基础研究方面也有相当深度，如棒的声振动、超声乳化和水中气泡的超声吸收问题；建立了分子声学实验设备，对驰豫吸收、悬浮体的声吸收进行了系列研究；建立了固体中超声衰减的测量设备；对粘弹性和可压缩流体的声速进行了深入研究。1965年开始了表面波换能器。进入80年代，我国超声学面向实际应用。B超医疗开始投入生产；超声加工、超声研磨、超声焊接、超声清洗、超声催化与滤矿及超声技术育种等逐步开始形成一定规模的产业。

9、压电复合换能器研制成功，窄脉冲短余振探头问世；PVDF新颖压电薄膜换能器及超声显微镜获得实用；高频压电材料LiNbO3研制成功和走向实用。九十年代以来，在中国科学院研究所与南京大学声学研究所相继批准建立了国家级重点实验室。总之，我国的超声学研究获得了巨大的发展，有些方面已达到或接近国际先进水平。1 超声波应用范围超声检测技术是一种重要的无损检测技术，由于它的穿透能力，对材料和人体无损害，使用方便等特点，广泛地应用于现代工业领域和高技术产业之中，注入材料工业、机械工业、石油化工、水文地质和宇航、能源等领域。超声技术是学术界、工程界公认的高新技术与未来产业之一。超声技术研究和应用的范围，已从船舶、

10、冶金、机械等扩大到二十多个工业部门，并取得了很好的社会效益和经济效益。研究方向也是百家齐放，现在主要研究方向有：超声波清洗、超声波焊接、超声加工、超声波分散、功率超声在治疗疾病中的应用等。在超声波检测研究中，主要的研究内容为：检测超声参数测量技术、检测超声典型电路与微机信号处理技术、超声波流量计、超声波测厚仪、超声波测漏仪、空气耦合超声换能器及其检测应用、超声波探伤、超声波对浓度与声速的检测、超声对力和风速以及交通流量等的检测、电力变压器（电抗器）局部放电超声检测与定位技术、水下超声定位与探测等等。2 超声波检测原理和方法超声检测是指用超声波来检测材料和工件、并以超声检测仪作为显示方式的一种无

11、损检测方法,是现代工业中应用最为广泛的方法之一。2.1 超声波检测的原理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。但是超声波的波长很短，只有几厘米，甚至千分之几毫米。与可听声波比较，超声波具有许多奇异特性：传播特性超声波的波长很短，通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长大好多倍，因此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.超声波在介质中产拨的波型取决与介质本身的固有特性和边界条件，对于流体介质（空气、水等），当超声波传播时，在介质中只有体积形变（即拉伸形变）而没有切变变形发生，所以只存在超声纵波；在固态介

12、质中，由于切变产生，故还存在超声横波（切变波）。2.1.1 纵波（L波）当介质中质点的振动方向与超声波的传播方向相同时，此种超声波为纵波波型，以L表示。任何介质当其体积产生交替变化时均产生纵波。由于纵波的产生和接受都较容易，在超声无损检测中得到广泛应用。2.1.2横波（TV，TH波或SV，SH波） 当介质中质点的振动方向与超声波的传播方向相会垂直时，此种超声波为横波波型，以超声波入射的固体材料的界面为基准，横波又可分为垂直偏振和水平偏振两类，即TV波和TH波（或SV波和SH波）。2.1.3表面波（R波）表面波是瑞利与1887年首先证实的，因此也称之为瑞利波。表面波是沿介质表面传播的一种波，1）

13、在表面波的传播中，介质边面内受扰动的质点振动轨迹为一椭圆；2）距表面四分之一波长深处的振幅最强，随着深度的增加其振幅衰减很快，实际上在表面一个波长以上的地方，振动已近消失。因此应用表面笔进行检测时，一般只能发现介质表面下一个波长深度内的缺陷。对于近表面内的缺陷（如表面裂纹）则十分敏感；3）超声波表面波在固态介质表面的传播速度小与介质体内超声横波的传播速度。2.1.4板波（Lamb波和Love波）板波也叫拉姆波，是板材特有的一种波型，它在板材厚度小于入射波波长时产生。当一块薄板粘贴在另一块不同固体材料上时，例如厚板表面上有一均匀薄层的情形，这时产生一种纯横波，这种波叫做拉甫波。2.2 超声波检测

14、的方法超声检测是利用超声波的众多特性（如反射和衍射），通过观察显示在超声检测仪上的有关超声波在被检材料或工件中发生的传播变化，来判定被检材料和工件的内部和表面是否存在缺陷，从而在不破坏或不损害被检材料和工件的情况下，评估其质量和使用价值。超声工业测量，则是利用代表待测介质的特性或状态的诸非声学量（如液体的密度、浓度、粘度、流量、液位和固体的致密度、晶粒度或球化率、弹性、硬度、粘接强度、厚度、应力及温度等）与描述介质声学特性的声学量（如声速、衰减、声阻抗等）之间存在的关系，通过这些关系来测定分析介质的特性，评价介质质量和测出某些与工程有关的参量。研究超声检测技术中的声学问题，构成超声学的重要分支

15、学科检测超声。超声检测学科可分两大类：一类是利用超声波在介质中的传播特性而发展起来的超声传播检测法；另一类是利用超声作用被检物体的振动特性而发展起来的振动检测法。在传播检测法中又可分为主动式和被动式两类。超声检测是指用超声波来检测材料和工件、并以超声检测仪作为显示方式的一种无损检测方法。超声检测是利用超声波的众多特性（如反射和衍射），通过观察显示在超声检测仪上的有关超声波在被检材料或工件中发生的传播变化，来判定被检材料和工件的内部和表面是否存在缺陷，从而在不破坏或不损害被检材料和工件的情况下，评估其质量和使用价值。超声波是频率大于 20 kHz 的一种机械波（相对于频率范围在 20 Hz 20

16、 kHz 的声波而言）。超声检测用的超声波，其频率范围一般在 0.25 MHz 15 MHz 之间。用于金属材料超声检测的超声波，其频率范围通常在 0.5 MHz 10 MHz 之间；而用于普通钢铁材料超声检测的超声波，其频率范围通常为 1 MHz 5 MHz。 超声波具有众多与众不同的特性，如：声束指向性好（能量集中）；声压声强大（能量高），传播距离远；穿透能力强；在界面处会产生反射、透射（或折射）和波型转换，以及产生衍射等。 通常，超声检测采用了不同的技术： 按波源不同可分为：连续波、脉冲波； 按波型不同可分为：纵波、横波、表面波、板波、爬波； 按接收方式不同可分为：回波（反射）、穿透；

17、按耦合方式不同可分为：接触式、液浸式； 按探头数不同可分为：单探头、双探头、多探头。脉冲回波（脉冲反射）技术是超声检测中最常用的一种技术，其所用的超声波是一种脉冲波，即波源振动持续时间很短（通常是微秒数量级）、仅在很短一段时间内有振幅（间歇发射）的一种机械波动。 通常，脉冲回波超声检测的过程是：由超声检测仪（亦称超声波探伤仪）产生脉冲电信号，输入到换能器（或探头）上，激励换能器的压电晶片发射脉冲超声波；超声波透射（或折射）进入被检材料或工件中，经过反射或衍射等传播变化，最终又被换能器的压电晶片所接收，再转换成电信号，输送回超声检测仪显示出来；最后，通过对显示屏进行观察，来分析和评价被检材料或工

18、件的内部或表面质量。 超声检测仪的显示方式通常有三种：A 扫描显示、B 扫描显示、C 扫描显示。2.2.1 超声传播检测法所谓主动式超声传播检测法是超声的发射、传播、接收及判别的过程。发射是指产生一个用于检测目的的超声信号。传播是指声信号与介质（包括缺陷）相互作用。接收是指超声波信号的接收、处理及显示。判别是指区分（或检出）介质特性或介质内部的缺陷。所谓被动式超声传播检测法，又称之为声发射技术。固体材料或构件在受外力或内力作用下产生形变或断裂时，以弹性波形式释放出应变能的现象称为声发射。利用这一原理的检测技术称声发射检测技术。2.2.2 超声振动检测法所谓超声振动检测法是利用被检物体在外力作用

19、下受激产生振动，通过振动特性的测量来探测缺陷和物体（或介质）特性的方法。在这过程中的声学问题，是如何激发物体振动，寻找物体振动特性与介质中缺陷、介质特性的关系，以及如何测量反映缺陷和介质振动特性等问题。3 举例说明超声波检测的原理和方法3.1 金刚石复合片(PDC)的内部烧结质量问题金刚石层与硬质合金层的结合是否牢固，一直是PDC生产厂家和用户备受关注的问题。作为新型的超硬材料产品，目前国内PDC的产量不断扩大，应用领域越来越宽，对外也开始呈现较大批量的出口。在此情况下，如何更好地检测PDC的内部质量，生产出质量更可靠的产品，成了摆在PDC生产厂家面前的一个需要解决的新问题。据了解，目前在国外

20、检测PDC内部质量情况时都采用超声波检测方法。3.1.1 超声波检测原理用超声波检测PDC的内部质量，实际上是一个使用超声波技术进行探伤的过程。目前使用的超声探伤原理中，脉冲反射法应用最为广泛。脉冲反射法的基本原理如图1超声波探伤仪产生高频的窄脉冲激励探头，由探头发射持续时间极短的脉冲超声波，通过耦合介质在被探工件中传播。当遇到缺陷或底面等异质界面即产生反射，反射的超声波回波被探头接收，并转换成电信号在仪器示波屏上显示反射脉冲回波，根据回波的状态(波形形状、高度和在时间轴上的位置) 对工件质量状况予以评定。图1 超声波脉冲反射法的检测原理从理论上讲，对于一个结合面好的PDC，其金刚石层与硬质合

21、金基体应完全烧成一个无间隙的PDC，当超声波脉冲通过金刚石层进入两者结合的界面，再进入硬质合金层最后又反射到探头，在界面与底面的反射之间应见不到其它反射波(或反射波很弱)，并且底波与界面波的峰值之比应该是越大越好；比值大，一方面说明PDC的颗粒之间间隙很小，超声波损耗小；另外，也说明界面损耗小，金刚石层(PCD)与硬质合金基体(WC)的结合更为牢固。但对于带有各种槽型(或齿型)的PDC，因其槽型的结构不同，其结合界面的反射波也会有很大区别。3.1.2试验与讨论有资料说明，超声C扫描是检测陶瓷材料内部缺陷位置、大小和分布状态的有效方法。检出缺陷的大小与所使用的超声频率高低有直接的关系；一般来说，

22、使用的探头频率越高，可检出的缺陷就越小。用15MHz的探头对氮化硅进行C扫描，可以检出30m的气孔，以30MHz 的探头对氧化锆进行C扫描，可以清晰地检出20m 以上的所有气孔。但对于PDC产品的检验，目前尚未见到有关的能够定量的反映检测结果的数据资料。通过一系列的试验和检测，我们可以总结出一些带规律性的东西：诸如对如何使用超声波检测时的探头频率、探头的聚焦位置、每次采样的步进距离、采样的闸门时间和延迟时间等，这些都是在使用超声波检测仪时有重要意义的参数。图像的清晰度与超声波探头的频率和使用的步进电机的步进距离有直接的关系，当探头频率低、步进距大时，图像就比较粗糙，特别当探头的聚焦点落在边界上

23、时，由于能量损失较大，因而造成图像的边界不清晰甚至有些变形(图像呈现椭圆形)；当使用探头频率高(100MHz)、步进距小(0.04mm)时，图像的清晰度就好。在实际的检测过程中，不光要考虑图像的质量是否越高越好，还要考虑在满足图像质量要求的前提下有合适的效率，在探头频率高(100MHz)、步进距离小(0.04mm)时，图像较好，但效率很低。因此，在我们做试验时，一般都采用探头频率为50MHz、步进距为0.125mm，其原因就是兼顾了图像质量与效率的双重要求。在试验过程中可以看到，只要将超声波检测仪调整好：探头的垂直度、聚焦点、取样的闸门时间等处于合适的状态，并配以合适的耦合介质，在探头频率为5

24、0MHz、步进距为0.125mm的条件下，是可以得到满意的检测效果的。不管是PDC 的大面积分层还是只有局部的、烧结不完全的缺陷，都可以用超声波C 扫描的方法直观地显现出来。因此，有的单位也把此种仪器叫做声学显微镜。C扫描的检测方法显示的缺陷是一个投影图像，可以确定缺陷的平面位置，但不能精确地确定它的深度位置。另外，在PDC的合成过程中，由于高温和超高压的作用，使得PDC 的合金基体可能会产生变形；在将PDC的毛坯变为成品的加工过程中，如在研磨金刚石表面和用平面磨硬质合金底面时，也会产生PDC的金刚石层(或硬质合金基体) 稍微偏斜的现象，这些现象在C扫描图像中也会反映出其形状、位置的变化；同时

25、，也会使探头焦点不能准确地聚焦在某一层面上，使图像出现色泽层次上的变化。综上所述可以看到，采用超声波是C扫描检测，可以清晰地观察到PDC的内部烧结情况。C扫描的方法检测PDC的最大好处就是直观，我们可以从显示器上对PDC内部的各种缺陷的位置、形状和类型进行定位、定性与判断，即使不是很了解超声波的人，也可以根据图像判断PDC的优劣，从而进行检验和选择。3.2 缝焊的超声波检测3.2.1 滚焊机滚轮和超声波探头滚焊机滚轮载有很大的焊接电流，滚轮进行改装后如图2，将探头安装在滚轮上，改装时要保证滚轮的旋转不影响探头垂直扫射缝焊接头。3.2.2 超声波检测原理利用超声波检查，能判断出熔核的规定尺寸是否

26、已经形成，可靠地探出未焊透和虚焊。以超声穿透法为基础，在焊接过程中用单个探头测量通过焊缝的超声回波高度，将此作为时间函数。用这样产生的数据来探测熔核形成的条件和计算它的面积。滚轮探头缝焊接头反射面图2 滚焊机滚轮和超声波探头电流开熔核面积 超声波回波高度时 间图3 熔核面积、超声回波高度和焊接周期关系如图3，将滚焊过程分为6 阶段，各阶段简述如下。第1 阶段：滚轮施压，但未通电。第2阶段：电极通电，引起滚轮和焊接材料间以及焊接材料相互间的热变形，从而改善了表面接触状态，使超声波得以通过。第3 阶段：焊接材料开始熔化，形成固相和液相的混合体，从而减少了超声波的透射。第4 阶段：开始形成完全熔化，

27、超声波的透射在达到最小值之后再次增加。第5阶段：熔核随通电时间成线性增长。第6 阶段：当熔核直径增长到等于或大于电极或超声波束截面时，超声波的透射达到饱和。第6 阶段过后，新的一个焊接循环开始。3.2.3超声波检测缝焊的讨论在缝焊加工过程中，由于焊机性能不稳定、电压波动、焊接工艺不恰当，加之缝焊是电气和机械共同的结果，焊缝质量的好坏与所施加的电流、电压、温度、压力、脉冲时间等因素有关，而这些因素都不可能同时控制得十分稳定，所以未焊透和虚焊是缝焊经常产生的缺陷。而经常采用的目视、密封、撕破、金相、低倍、机械性能等破坏性检验方法很难实现焊缝的百分之百检测，而超声波检测因其灵敏度高、低成本、高效率、

28、不受焊缝高温限制等优点完全实现了滚焊焊缝的百分之百无损检查。3.3微控制器与超声波技术在汽车倒车检测系统中的应用3.3.1倒车障碍检测系统对盲区内障碍物的探测 倒车障碍检测系统所采用的超声波传感器技术可以探测到附近的障碍物,为驾驶员提供倒车警告和辅助泊车功能,其原理是利用超声波探测倒车路径上或附近存在的任何障碍物,并及时发出警告。所设计的检测系统可以同时提供声光并茂的听觉和视觉警告,其警告表示是探测到了在盲区内障碍物的距离和方向。这样，在狭窄的地方不管是泊车还是开车，借助倒车障碍报警检测系统，驾驶员心理压力就会减少，并可以游刃有余地采取必要的动作。而这种PIC l8F8490微控制器与超声波传

29、感器很便宜，并且可以用在众多车型上。 那末什么是基于超声波传感器的倒车障碍检测系统呢？为此应先了解超声波传感器的有关技术问题3.3.2超声波传感器系统构成与工作程式(见图1所示) 由发送传感器(或称超声波发送器)、接收传感器(或称超声波接收器)、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声波能量并向空中幅射;而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成, 换能器接收超声波产生机械振动,将其变换成电能量,作为传感器接收器的输出,从而对发送的超声波进行检测.而实际使用中,用发送传感器的陶瓷振子的也可以用做接收器

30、传感器社的陶瓷振子.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.超声波传感器的电源(或称信号源)可用DC12V10%或 24V10%. 若对发送传感器内谐振频率为40KHz的压电陶瓷片(双晶振子)施加40KHz高频电压,则压电陶瓷片就根据所加高频电压极性伸长与缩短,于是发送 40KHz频率的超声波,其超声波以疏密形式传播(疏密程度可由控制电路调制),其超声波波形见图1所示,并传给超声波接收器.接收器是利用压电效应的原理,即在压电元件上施加压力,使压电元件发生应变,则产生一面为”+”极,另一面为”-“极的40KHz正弦电压.因该高频电压幅值较小,故必须进行放

31、大. 根据超声波传感器等效电路与阻抗特性可知,对发送传感器而言,工作于串联谐振,即谐振频率fr处阻抗Zr最低,故能供给最大功率,能用较大振动传感器;而对接收传感器而言,工作于并联谐振,即谐振频率f处阻抗Z最高,难供大功率,但阻抗Z高就能得到较大振幅信号,所以f 处用作传感器其灵敏度高. 倒车捡测障碍糸统超声换能器的工作方式为反射式,即发送传感器换能器发射40KHz频率的超声波,迂到障碍后反射被接收传感器的换能器接收并转换成电信号,见图2所示. 其传播介质为空气.3.3.3基于超声波微控制器技术的倒车障碍检测系统设计方案 图3为汽车倒车障碍检测系统设计方案框图, 设计方案包括:IC1主控器-为用

32、Microchip的 PIC l8F8490微控制器作为汽车倒车障碍检测系统的主控器;发送部份(即发送超声波传感器)与接收部份(即接收超声波传感器);温度传感器(TC1047A)、通信接口RS-232驱动器以及与LCD或LED显示器等外围电路组成。3.3.4用微控制器作为检测系统的主控器 微控制器是倒车检测系统的核心。而Microchip的PIC l8F8490微控制器它非常适合于汽车车身控制这类应用。因它是一种有片上LCD驱动控制模块功能的闪存、电源管理的单片机,即运行速率为10MIPS-10百万指令每秒(MIPS),16KB闪存存储器、768字节RAM,具有一个LCD控制器、两个PWM、两

33、个比较器和四个定时器,见图3中间IC1所示。因此它是倒车检测超声波传感器应用的高集成解决方案的主控部分。该微控制器采用纳瓦技术，实现电源管理功能，可以显著提高功效和系统可靠性,可满足包括在休眠模式下驱动LCD显示在内的低功耗设计要求。其系列产品可针对不同的嵌入式控制应用提供高达192段LCD的驱动，备有各种封装尺寸和集成特性。 发送器部分的控制 发送器是以每秒4-5次比率,在1mS期间发送40KHz脉冲方波,为了产生发射脉冲链，可以采用一个驱动器，以驱动超声换能器,其驱动器是 Microchip的TCl428 MOSFET驱动器见图3左侧所示。因实际超声波传感器特性的标准频率均为40KHz,这

34、样发送器发送的40KHz脉冲方波链尽管是一个通用发送频率，但并非超声频率固定不变,可以根据盲区范围及障碍物远近作出选择, 标准频率(或称中心频率)愈高测距越短,而分辩率越高,常见超波传感器标准频率有30KHz、4KHz、75KHz等. 当发送器发送第一个脉冲的上升沿时刻定时器1开始计数.由于要求脉冲链的电压振幅比系统电压(+5V)高(这是由换能器所需信号源决定的)，所以这个发送器部分应含有一个升压电路。这儿采用一种简单的有效升高电压的方式,即使用Microchip的MCPl650升压 DC/DC控制器，它只需要一个电容、一个电感和两个电阻就可以轻松选择需要的输出电压。主控器 IC1中PWM1(

35、脉宽调制器)的作用是调节升压电路的输出电压为一恒定值。 接收器部分的控制 接收器部分包括一个超声波接收换能器、放大器、滤波器和一个比较器见图3左侧下所示。接收换能器的输出是一个低振幅正弦波，其频率与发射脉冲链频率相同。为了对换能器输出的信号进行放大，可采用Microchip的MCP6293运算放大器。这个运算放大器的特点是，虽然封装较小，但却拥有10MHz的带宽和引脚可选的低功耗模式。可将输出信号传送LC带通滤波器电路(又称振幅探测电路),该带通滤波器的中心频率(标准频率)与接收器的标准频率40KHz相同.这个振幅探测电路的作用是将接收到的脉冲转换为一个平滑、完整的波形,其高频噪声被过滤掉，这

36、样一个被探测到的信号就形成了。然后这个信号被传送到比较器与衰减电压进行比较.需要说明的是,该比较器的参考电压是一个衰减电压(由RC阻容电路产生)，这样该衰减参考就会随时间不断衰减接收到的信号.直至小于一个预先设定的距离值时,则定时器1仃止计数. 3.3.5超声波传感器的选择与参数 可选用国产TC40-167R系列或MA40S2S(发送传感器)、MA40S2R(接收传感器)超声波传感器.其主要参数为(以TC40-167R为例):标准频率400.1KHz;灵敏度(dB)-68;声压(dB)114;方向角(度)60;静电容量/pf-2500;工作温度()- 20-+70;有效距离15M,反射接收有效

37、距离为4M-7M. 关于对倒车障碍物的探测距离计算显示 捡测系统在探测到障碍物时向驾驶员发出警告,而新型汽车倒车障碍检测系统可以根据实际使用环境采用多套发送与接收超声波传感器来扩大探测范围，从而提高对障碍物的正确度,即将距离最近的障碍物探测到并作出显示,故该倒车障碍物捡测系统的LCD或LED显示器显示出的数字是最近障碍物的距离。超声波测量距离的计算方法 超声波是以脉冲串的形式向外发送的，脉冲频率即中心频率(或称标准频率)。PIC l8F8490主控器的定时器1(见图3的 IC1内所示)从发射第一个脉冲的上升沿时刻开始计数，直到主控器收到不断衰减的接收信号小于设定值(即当距离小于一个预先设定值)

38、时定时器1停止计数。因此，所测量出的时间间隔 (发射信号和接收到的反射信号之间的时间差) t 乘以声速就等于被测距离L的两倍(2L)。若超声波在温度T时的传播速度为V，则微控制器就可以计算出汽车和障碍物之间的距离,其计算被测距离的公式为：为此，只要当距离小于一个预先设定值时，非但有显示而且就会发出声光报警信号。 3.3.6有关提高倒车检测系统性能与精度的解决换能器选择与安装 根据所需要的精度、距离和系统成本，有几种不同的实施方案可供选择。换能器的频率和功率越大，精度就越高。换能器频率越高，其体积越小，也就使得系统可以更简便地安装到汽车上。频率低的换能器也有好处，其探测范围更大，更容易探测到换能

39、器周围的物体。一种可降低干扰的廉价技术是，在接收换能器周围加一根3厘米的管子，这样就可以集中接收有效信号,并增加方向性。 影响系统性能下降的一个重要因素是，在发射器和扬声器之间的串扰。只有发射脉冲在接收换能器中的作用彻底消失，接收信号才能被探测到。在这两个组件之间尽可能减少机械耦合很重要。可采用的技术是，将每个换能器安装在不同的PCB上。如果它们共用一个基板，可以在换能器后面放一块薄的泡沫塑料。如果发射-接收运用单换能器解决方案，那么应该通过软件在发射之后和启用接收部分之前设置一个足够长的延迟。应该避免给换能器增加任何保护涂层。所有这些技术都能改进超声系统的性能 关于系统精度的提高 温度传感器

40、消除该项误差 由于当环境温度发生变化时超声波的传播速度也随之改变，这将会引起测距误差。利用温度传感器TCl047A测量空气温度再送主控器中的A/D转换器进行温度补偿，即可消除该项误差。改善接收器LC带通滤波器效果，可以增加信号保真度和系统精度。反射信号的额外增益级对增加探测范围和提高精度也有帮助。上述类型的汽车倒车障碍检测系统设计方案是微控制器和超声波传感器相结合的应用技术,是提高驾驶安全与体验的一个解决方案。由于系统可以识别驾驶盲区内的障碍物，司机驾驶起来会更加得心应手。 通过方案比较,该基于微控制器技术倒车障碍物捡测系统比单纯用硬件电路系统(例内置有发送接收电路的LM1812芯片及外围电路

41、组成的捡测系统)要方便灵活得多,因为可用充分发挥软件技术的优势,既可根据运行与泊车环境需要增加功能又替代很多硬件电路,使倒车障碍物捡测系统更可靠准确.4 超声检测的发展趋势超声检测技术经过几十年应用发展，现在各行各业的检测技术也初具规模。关于整个超声检测的发展，我们无法概述全面，下面仅从以下几个方面来讨论超声检测在相应产业的发展趋势。4.1 超声检测在地下管道方面的发展趋势我国的地下管道检测技术仍处于起步探索阶段， 大部分管线不仅没有使用网络系统进行监控， 而且各种检测管道腐蚀技术也大都停留在管外检测， 方法传统落后。管道的各种智能检测爬机仍在研究中，成熟的产品尚未开发出来。尽管某些科研单位已

42、研制出了几种功能样机， 但它们只能对空管道进行检测， 很难满足实际要求。由于国外的智能检测爬机设计复杂， 价格昂贵， 通常是几百万元一套仪器。现在我国的大部分油田都没有引进这种设备， 而只是采用传统的管道外检测方法， 这就无法对埋地管道腐蚀受损情况进行及时准确的检测，从而造成了一些重大损失。此外，从国内有的管道技术公司买进的超声波爬机和漏磁爬机的使用情况来看，使用超声爬机检测中存在的最大问题就是，我国的石油大部分是稠油，石油在管道内的结蜡较厚，每次探测都需清洗数次，但检测时在管壁上和液体介质中仍有少量的蜡片存在，这些蜡片往往严重影响了检测结果的准确性，从而导致了检测精度的降低。而漏磁爬机检测时

43、虽不受蜡片的影响，但其检测精度不如超声爬机高，对管道上的轴向裂缝检测还有一定的困难，而且由于漏磁技术是检测管道壁厚的间接检测方法，用其检测的数据实现直观显示管壁的缺陷也比较困难。从上述分析可知，用智能爬机在管道内检测管道腐蚀状况已成为现在世界石油天然气行业的趋势， 而且目前管道内智能爬机在国内尚属一项新技术， 所以我国应针对国外智能爬机的不足之处， 结合国内的实际情况，在管道内腐蚀检测技术方面加大研究的力度， 研制开发出适合我国国情的智能检测爬机，并进一步提高爬机检测时的抗干扰能力，完善检测数据的视图工具。4.2 激光超声检测技术在材料评价上的发展趋势从专业应用的角度看激光超声检测技术的研究和

44、开发，解决了一些关键的技术问题，例如过去的激光超声检测技术，对自由选择超声波的模式和频率确有一定困难，但这个问题着实获得了明显的进展，模式和频率相对比较容易选择；又如为了克服使用上的制约，粗糙面上超声波检测精度的提高是必不可少的，Fabry-Perot干涉仪的使用使焦点尺寸的效果有了大幅度的提高；再如，尽管激光超声检测技术与常规的接触法和水浸法相比，灵敏度偏低，但对光束的自动扫描技术及其实际应用例，还是经常见诸报导。但是，从今后发展必须解决的一些实际问题角度看，信噪比的提高、系统的长时间稳定性、系统的小型化、成本的降低等各方面的进一步发展，都是必不可少的。结束语超声波检测技术作为无损检测技术的

45、重要手段之一，在其发展过程中起着重要的作用，它提供了评价固体材料的微观组织及相关力学性能、检测其微观和宏观不连续性的有效通用方法。由于其信号的高频特性，超声波检测早期仅使用模拟量信号的分析，大部分检测设备仅有A扫描形式，需要通过有经验的无损检测人员对信号进行人工分析才能得出正确的结论，对检测和分析人员的要求较高。因此，人为因素对检测的结果影响较大，波形也不易记录和保存，不适宜完成自动化检测。八十年代后期，由于计算机技术和高速器件的不断发展，使超声波信号的数字化采集和分析成为可能。这项技术的出现减少了超声波无损检测中人为的因素对测量结果的影响，使波形能记录和保存，并达到检测结果的直观性，同时也实

46、现了超声波检测分析和成像处理。使得工业中超声波检测自动化成为可能。如今，超声波测试把超声波作为一种信息载体，它已在海洋探查与开发、无损检测与评价、医学诊断等领域发挥着不可取代的独特作用。一些重要的零部件的失效会造成灾难性的事故，如航空、航天器、潜水艇等，而一些制造或使用过程中产生的缺陷常常又不是在表面上，也不易用肉眼观察到，因此需要借助先进的仪器设备进行无损检测。在海洋应用中，超声波可以用来探测鱼群或冰山、潜艇导航或传送信息、地形地貌测绘和地质勘探等。在检测中，利用超声波检验固体材料内部的缺陷、材料尺寸测量、物理参数测量等。在医学中，可以利用超声波进行人体内部器官的组织结构扫描（B超诊断）和血流速度的测量（彩超诊断）等。超声波探伤是利用超声波的指向性、反射性和穿透性来探测缺陷的大小、数量及位置，其优点是适用范围广（可检查厚度100cm 钢材内部裂纹和其他缺陷，也可检测表面裂纹）、灵敏度高、设备简单、操作方便，并可以现场检测。焊缝的检测多采用超声波检测，用超声波检测时使高频声束按预定路径透射底板与工件, 当声波遇到裂纹时, 部分声波反射回来