超声波技术的应用

超声波技术的应用（精选8篇）

超声波技术的应用 篇1

江玉龙，王欢，杜新刚，赵兵

北京弘祥隆生物技术股份有限公司，北京，100085

摘要：超声波具有空化作用、机械效应以及热效应等，作为辅助手段广泛应用于食品行业，如超声辅助提取、超声灭菌、超声乳化、超声结晶、超声干燥等。本文综述了超声波在食品行业中的应用现状。

关键词：超声波，食品，超声提取，超声灭菌，超声乳化，超声结晶，超声干燥

超声波是频率在20KHz以上的声波，它不能引起人的听觉，是一种机械振动在媒质中的传播过程，具有聚束、定向、反射、透射等特性，它在媒质中主要产生两种形式的振动即横波和纵波，前者只能在固体中产生，而后者可在固、液、气体中产生。作为一种物理能量形式，超声波广泛应用于金属探伤、水下定位、医学诊断与治疗、药学、工业、化学与化工过程、环境保护、食品工业、生物工程等方面。空化效应、热效应和机械作用是超声技术应用的理论依据。当大能量的超声波作用于介质时，介质被撕裂成许多小空穴，这些小空穴瞬时闭合，并产生高达几千个大气压的瞬间压力，即空化现象。超声波在食品加工的各个环节均有用武之地，本文就其目前的在食品行业中的应用现状加以综述。超声波辅助提取

超声波对各种成分的提取分离的强化作用主要源于空化作用和机械效应，超声空化现象中微小气泡的爆裂会产生极大的压力，使植物细胞壁及整个生物体的破裂在瞬间完成，缩短了破碎时间，同时超声波产生的振动作用加强了胞内物质的释放、扩散和溶解，可显著提高提取效率。与常规提取方法相比，超声波辅助提取技术具有提取效率高、提取时间短、能耗低以及产品收率高等优点。在有效成分提取过程中，细胞的破壁、溶质的扩散和平衡速度等与单位面积的超声功率相关，而且均会对提取效率和回收率产生影响，因此一般选用低频大功率超声。超声辅助提取技术在食品工业中的应用已十分广泛，特别是在实验室中小规模的 研究。但由于超声波的衰减现象严重，在一定程度上制约了超声波的工业化应用。为解决超声波工程放大的难题，人们进行了许多开发尝试。在众多解决方案中，北京弘祥隆生物技术股份有限公司开发的循环式超声提取方法最为有效。该技术能使超声波与物料充分接触，超声波利用率达到100%，所有物料循环通过超声场的有效范围，成功的解决了超声提取工程放大的难题，大大拓宽了超声波技术的应用范围。该公司设备适用于各类有效成分的提取，特别是不稳定性成分的提取。以竹节三七为原料提取三七总皂苷，采用HF-2B循环超声提取机在室温下提取2次每次30min的提取得率为7.6%，高于80℃浸提3次每次1.5h的得率5.3%[1]。在大豆豆粕总皂苷的提取研究中，CTXNW-2B循环超声提取机25℃提取15min的得率（4.3%）高于乙醇回流5h的产率（3.4%）[2]。从甘草中提取甘草多糖，在相同条件下（65℃，1h）循环超声提取的得率（9.6%）为水浸提（3.0%）的3.2倍[3]。在沙棘总黄酮的研究中，循环超声提取20min的得率（2.1%）高于索氏提取3h（1.9%）[4]。利用循环超声提取技术从紫苏籽中提取籽油，其45℃提取1.5h与75℃索氏提取6h的得率相当[5]。在藻蓝蛋白的提取研究中，循环超声20℃提取1.5h的得率为冻融提取2.5h的4.2倍[6]。2 超声波杀菌

传统的热杀菌技术由于温度过高，容易导致食品营养成分和风味的损失，而超声波、高压等非热杀菌技术则不存在这样的问题。当采用超声波处理食品时，由于超声波的空化作用，在介质中会产生纵波，即交替压缩和膨胀的区域，压力的变化会在介质中形成气泡。这些气泡在膨胀过程中有更大的表面积，增加了气体的扩散，在这一过程中会使分子产生激烈碰撞，生产冲击波，导致局部区域温度和压力的瞬间升高。这种内爆导致的压力改变是超声波杀菌的主要原因[7]。根据现有文献报道，超声波对如下微生物有杀伤效果：李斯物单胞菌、沙门氏菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草牙孢杆菌等[8]。在食品工业，单独使用超声波杀菌并不能完全满足要求，将超声与其他灭菌技术联合使用时有更好的效果，特别是与热处理和压力处理等相结合[9]。3 超声波乳化和均质

乳化是一种液体以极微小液滴均匀地分散在互不相溶的另一种液体中，形成乳浊液的过程。超声乳化是利用超声的空化作用和机械效应，剪切大分子或液体 2 中的分散相，使其均质达到乳化的效果；此外，超声波的作用还能够使一些不溶于水的物质活性增加，从而在水中分散均匀或溶解，在几乎不使用稳定剂的情况下保持乳浊体系的稳定[10]。与其他方法相比，超声乳化具有许多优点：(1)所形成的乳液平均液滴尺寸小(0.2−2μm)，液滴尺寸分布范围窄(0.1−10μm)；(2)浓度高，所形成的乳液更加稳定，纯乳液浓度可超过30％，外加乳化剂可高达70％；(3)可以控制乳状液的类型，在超声作用下O/W(水包油)和W/O(油包水)型乳液都可制备；(4)生产乳液所需功率小[11]。新鲜牛奶中含有大量粒度大小不等的脂肪球，其上浮会在牛奶表面形成奶油层，使牛奶产生分层现象。牛奶的均质处理就是要击碎牛奶中的脂肪球，使脂肪球的大小显著降低，由2.79～3.08μm降至0.57～0.95μm，使上浮力减小甚至消失，从而防止牛奶的分层，达到使牛奶均一化的效果。当超声波频率为40 kHz，功率0.8W／cm2时，超声波对牛奶的乳化效果最为理想[12]。4 超声波结晶

超声波能够强化晶体生长，加速起晶过程。与其他刺激起晶法和投晶种法相比，超声起晶所要求的过饱合度较低，晶体生长速度快，所得晶体均匀、完整，成品晶体尺寸分布范围小。在制药行业中为了得到细小而且均匀的颗粒，已将超声用于生产口服液或注射液。超声强化结晶也是改变许多食品特性的有效工具，如膳食脂肪、巧克力、冰淇淋的特性修饰等[13]。此外，超声结晶技术还可以用于控制速冻食品冰晶的形成[14]。超声波可以加快热量传导，使食品冷冻速度加快，并有效防止由于冰晶生长而造成的细胞组织破裂，避免解冻后的组织结构软化和细胞液外流[15]。超声波还能防止在结晶过程中晶体在管路上过度沉积，是一种最佳的绿色防垢技术。赵茜等[16]以葡萄糖为例，研究了超声波用于不同异构体结晶成条件，给出了超声波用于食品结晶成核的一般结论。李文钊等研究了超声波对核黄素结晶的影响，结果表明超声波能促进球状核黄素结晶的形成，并使产品流散性提高[17]。杭方学等[18]研究了引入超声后对穿心莲内酯溶析结晶过程的影响，结果表明，超声波显著降低了结晶诱导期，诱导期随着超声功率的增加而缩短。5 超声波干燥

由于传统干燥技术需要采用高温，容易使食品变形、老化，风味丧失，使保 3 健食品和功能食品的有效成分损失。超声干燥技术解决了上述难题。其通过超声本身所具有的空化作用、机械效应、热效应等影响物料本身的结构，降低水分转移阻力，有效去除结合水，从而加速水分的去除，降低水含量，干燥食品[19]。Garcia Perez JV.等[20]通过对干燥过程进行微波强化、红外线强化、射频强化和超声波强化后效果的比较，发现超声波更适用于低温干燥，它不会引起产品温度的显著升高。超声用于食品干燥常与热风干燥相偶联，通过超声作用将物料内部的结合水转移到物料表面，再热风带走，可显著提高干燥速度，缩短干燥时间，如在55℃下干燥胡萝卜，干燥到原来重量的10％，使用超声波只需要50 min，而不使用超声波需要2 h；在55℃下干燥蘑菇，干燥到相同的含水量，所需的时间只是热风单独干燥的1/3；在55℃下干燥苹果，干燥到原来重量的6％，使用超声波是不使用超声波所用时间的40％[19]。此外，超声技术也与喷雾干燥、冷冻干燥等干燥技术相偶联。6 结论

超声技术具有高效、节能等其他技术无可比拟的优势，现已在食品行业中广泛应用。但相关设备的研发相对滞后，尤其是超声结晶、超声乳化、超声灭菌国内尚无生产型设备，且现有设备成本高，自动化程度低，因此，新设备的研制必将成为该领域新的热点。

参考文献

超声波技术的应用 篇2

污水处理过程中会产生大量的污泥,为了使污泥得到最终的处置,必须对污泥进行处理。超声波技术处理污泥设备简单、速度快、无二次污染,可实现污泥处置的“无害化,减量化,资源化”的目标,因此越来越受到重视[1]。超声波对污泥作用机理较复杂,从声学角度看,超声波降解污泥主要是利用声波的能量,它产生的效应主要有:机械效应,热效应,空化效应,热解和自由基效应,声流效应,传质效应和触变效应。超声主要是通过超声空化作用产生的强有力水流喷射的剪切力对污泥产生作用[2,3]。

2 超声波在污泥消化中的应用

污泥属于难降解生物固体,厌氧消化存在反应速度慢、消化时间长、生物气中甲烷含量低等缺点,超声波在污泥进行厌氧消化前进行破解,破坏污泥菌胶团结构,大量被夹裹在菌胶团中的有机物被释放在水中,易于被微生物所用,这一过程基本可取代污泥水解步骤,极大缩短了污泥厌氧发酵时间,沼气产率也上升[1]。

各种研究已表明超声可提高污泥的降解速率并能提高沼气的产气量。Klaus Nickel[4]对污泥进行90s的超声作用后,使污泥进行发酵,与未进行超声波处理的污泥相比,污泥降解速率就可增加3.93倍。马守贵[5]等和董文锦[6]研究得出超声作用可显著提高污泥厌氧消化效率,比传统污泥厌氧消化时间缩短,而MLVSS最大去除率比未引入超声处理时有所提高。

超声处理污泥时的超声声能密度、作用时间、频率和污泥的浓度都对污泥的消化速率有影响。Ding W chuan[7]发现在超声辐照初期,污泥容积迅速减少,随着辐照时间的增加,污泥容积逐渐稳定。低强度超声不能破碎更多的细胞,但超声辐照可提高酶的活性,加速细胞的水解,加速污泥絮体解体。Tiehm[8]用较短时的超声作用于污泥,污泥的絮体分散,但没有破坏细胞,絮体的解聚可提高厌氧消化过程。污泥细胞的破碎程度大与污泥的厌氧消化速度降低成正比。吴纯德[9]研究发现超声声能密度越大,去除率提高的幅度越大;超声频率为45kHz的去除率高于28kHz条件下的去除率;超声破解可提高污泥两相厌氧消化产气量、产气率和生物气中甲烷含量,且声能密度的作用效应大于超声频率的作用效应。Onyeche[10]等考察超声处理不同浓度的污泥后,并对其进行厌氧发酵,超声处理后的浓缩污泥的产气量大于未经浓缩的污泥。

德国巴姆堡市污水厂已经应用超声污泥反应器对污泥进行了预处理,2台超声反应器运行3个月后,沼气产量增加30%,污泥停留时间从25d降到18d。若从运行成本的角度考虑,只击破一小部分微生物细胞即可,被释放出的酶等物质就可使整个水解过程加速[11]。

3 超声波在污泥脱水中的应用

污泥含水量约为95%～99.5%,含水率高则体积大,为了便于运输和资源化处理,污泥减容是污泥处理的最重要步骤。分离污泥中水分,可减少污泥的体积。目前广泛使用的机械脱水效率不高,提高脱水效率的关键是采用污泥预处理技术,打散污泥中微生物的絮团,促进结合水的释放[12]。超声波作用可调节污泥结构,促使污泥结构重组,改变污泥中水的存在形态,使污泥体系中的易于去除的水含量提高,改变污泥脱水性能。污泥中的菌胶团结构具有良好的保水性,内部水大约占总水量的25%,超声波可破坏菌胶团的结构,使其内部水排出,同时保持较大的污泥颗粒,从而提高污泥的沉降性能[1]。赵芳[13]建立超声波作用下污泥内部水分扩散模型,利用分型理论对超声波(20kHz)作用下污泥内部孔隙结构进行描述,发现超声辐照使污泥内部的孔隙结构发生改变,污泥颗粒变得均匀细小,孔隙连通性增大,水分迁移通道曲折度减小,同时污泥内部液体分子受到超声激发,迁移速度加快,超声辐照可有效加大污泥内部水分的扩散速率。

超声用于污泥脱水与污泥的破解存在很大的关系,Wang[14]发现超声把污泥破解后,随着超声的密度和时间的增加污泥的脱水性能恶化。薛向东[15]研究得出超声空化效应的强弱与声强及作用时间呈正相关,声强越大、作用时间越长,对菌胶团结构的破坏越大,这种结构性破坏在引起菌胶团结合水释放的同时也导致污泥粒径减小,造成污泥过滤阻力增加,粒径减小导致污泥比表面积增大,使其对水的吸附能力增强,使结合的水量又增加,超声对污泥脱水存在正、负两种效应。殷绚[16,17]研究发现用较小声强、较短时间超声波能减少污泥的结合水含量,有利于促进污泥脱水,但加大声强和延长处理时间效果变差。当超声与絮凝剂结合使用时,污泥的体积可减少至最初的1/10。Li Huan[18]用低能量超声处理可改善污泥脱水,当污泥解体程度太低,污泥脱水性能没有显着改变,只有当污泥解体度为2%～5%,用三氯化铁调节可改善污泥脱水。脱水依赖于超声波处理污泥解体程度,当污泥解体程度超过40%,大部分细胞不同程度地被摧毁。

超声能量、处理时间、电功率、pH值、絮凝剂、频率等因素对污泥脱水有影响。Na[19]等研究得出CST(毛细脱水时间)随着超声能量的增加显著下降。沈壮志[20]研究出污泥的脱水应在低功率、短时间内进行,最高的脱水率(相对于未超声而言)可增加约16%。酸性污泥有利于超声脱水,污泥脱水率最高可达23%(相对于原污泥)。絮凝剂和超声也利于污泥脱水,但脱水率仅为16%,超声对污泥的预处理也可降低絮凝剂的添加量[16,17]。徐静[21]等利用超声波作用2min时,污泥的含水率即可由94%降到84%。蒋建国[22]采用正交试验方法研究槽式双频超声波对污泥进行脱水,超声因素对污泥脱水影响的顺序是:最大处理时间>声能密度>频率。低频率、低声能密度与较短的处理时间有利于提高污泥的脱水性能;操作参数超出一定范围会恶化污泥的脱水性能,且低频率条件下单频优于双频,高频率下双频优于单频。马守贵[5]等也得出低频率(28.7kHz)超声波作用时污泥脱水效果优于高频率(40kHz)的超声波作用的结论。

4 超声波在污泥破解中的应用

污泥破解是破坏污泥的絮凝体、菌胶团和细胞体并打碎细胞壁,使细胞内含物流出。对于污泥破解的评价指标常用污泥的分解程度DDCOD来表示。

DDCOD=(CODUS-COD0)/(CODNaOH-COD0)×100% (1)

式中:CODUS—超声波作用后污泥的溶解性COD;COD0—原生污泥中溶解性COD;CODNaOH—碱解溶解性COD。

还有用可溶性化学需氧量SCOD,蛋白质,氨和氧的利用速率SOUR[23],氨氮,TP的增量[24,25],多糖,DNA[26],VS[27]等指标来考察超声破解污泥状况。

超声的频率对污泥的破解效果有很大影响。Tiehm[8]等考察了超声波频率从41kHz至3217kHz对污泥解体的效果,随着频率增大,DDCOD变小,低频对污泥分解比较有效,且低频时水力剪切作用更为显著。蒋建国[28]等比较了20kHz、25kHz、40kHz共3个超声频率对污泥破解的影响,发现25kHz的超声波较利于污泥破解。Yoojin Jung[29]比较了两个单频超声波和双频超声波对污泥解体的情况,双频28kHz+40kHz的超声波比单频28kHz或40kHz的超声波破解污泥更有效。张宁宁[24,25]使用两个单频超声破解污泥也发现低频效果较好,且随着电功率的增大,空化效果逐渐增强。使用20kHz和25kHz双频复合破解污泥,明显增强了声场的均匀性,更有利于污泥破解。

超声声能密度对污泥的解体起着更重要的作用,Beril Akin[23]研究不同超声声能密度对污泥解体情况,发现超声声能密度显著影响SCOD的释放。Antti Grönroos[30]用超声破解污泥,短时高超声功率能源效率要高于长时低超声功率。在小距离探头中污泥的超声效率与输入功率呈线性上升。Li Huan[18]研究出密度低和持续时间长的超声比密度高和持续时间短的效率高。当声能密度低超声时间短时,温度上升对污泥破解的影响有限。Panyue Zhang[27]利用水听器来测量超声波的超声场,把VS作为污泥破解指数,高的声能密度比低的声能密度破解污泥的效率要高。郑莉[31]研究出超声频率、声能密度和超声时间对污泥破解度影响的顺序为:声能密度>超声时间>超声频率。声能密度对超声波预处理污泥效果影响最显著。

超声作用污泥时,污泥的粒径也能反映污泥的破解状况。Chu[32]等采用的20kHz,最大功率110W的超声破解污泥,考察污泥粒径的变化,未处理时,污泥絮体的平均粒径是98.9μm,在0.11W/mL的声能密度下,絮体尺寸几乎没有变化,当功率水平超过0.22W/mL粒径才明显减小。喻艳菁[26]研究超声声能密度和超声时间对剩余污泥的粒径和溶出物(蛋白质、多糖、DNA、COD及BOD)溶出的影响,在脉冲比2∶1和超声时间10min的条件下,声能密度为0.2W/mL时,污泥粒径变化出现转折点,当小于转折点时,污泥粒径随声能密度增加明显下降,当大于转折点时,污泥粒径几乎不受声能密度影响。

超声破解污泥时会引起污泥的温度上升,曹秀琴[33]研究用超声处理污泥升温效应显著,与声能密度相比,超声时间对污泥温度的影响更明显,超声破碎污泥SCOD的提高主要因为超声产生的非热效应,超声波热效应所消耗掉的功率约为其输出功率的32%,余下的68%用于非热效应。薛玉伟[34]升高污泥初始温度,会使污泥破解度(DDSCOD)增大。

污泥的本身状态对超声破解的效果也有影响。增大污泥pH值,会使污泥破解度(DDCOD)增大。改变污泥总固体浓度,对SCOD影响较大,对DDSCOD的影响不显著。提高污泥浓度可在保证超声波对污泥降解程度的基础上,有效提高超声波单位时间内破解污泥的总量[34]。王芬[35]等研究各超声变量对破解效果影响的顺序为:pH值>污泥浓度>声强>声能密度。pH值影响最大是因为超声与碱耦合作用可促进碱与污泥中胞外多聚物、细胞壁及细胞质膜中脂类物质的水解反应,可破坏胞外聚合物,并在胞壁与细胞质膜上产生小孔,加强了超声对污泥的破解作用[36]。薛玉伟[33]增加间歇搅拌能增大污泥的DDSCOD。鼓入空气或氮气都会使污泥的SCOD和DDSCOD增大,曝氮气的效果更好,但经济性较差。李欢[37]也发现连续流和搅动可促进污泥的破解。

5 结语

超声波在处理污泥方面有着广阔的前景,但人们对超声波作用污泥的机理还没有完全研究清楚,超声处理运行参数优化、超声的效率有待提高以及超声反应器的合理设计还需进一步深入研究。

摘要：污水处理过程中产生大量的污泥,这些污泥的含水量高,并含有大量的微生物和病原体,需要进行有效的处理处置。简述了超声波作用于污泥的机理:通过超声空化作用产生的强有力水流喷射的剪切力对污泥发生作用;总结了超声波在污泥处理中的应用情况。重点阐述了超声波能促进污泥脱水,即超声能产生一种海绵效应使水分子更易在波面的通道传播,超声破坏菌胶团使内部水释放出来;超声波能促进污泥消化,缩短污泥发酵时间并能提高沼气的产率以及超声波能破解污泥等的研究状况。

超声波技术的应用 篇3

随着医疗市场与国际接轨，新技术的日新月异，我国对降低院内感染也越来越重视，对医疗器械清洁度的要求也越来越高。我科作为医疗用品供应单位深知责任重大，并一直将引进和提高医疗器械清洗效果作为工作中的一个重要课题，进行了深思和探讨。

我科在2007年3月份之前，一直是采用传统的人工刷洗法刷洗医疗器械，这种方法既费时又费力，而且清洗效果也不尽人意。如：有关节、缝隙、齿槽的医疗器械难以刷洗到位，附着在此的污垢不易洗净，剪、钳的轴节处易卡刷毛及其它异物，极易引起物品生锈，特别是镊子的夹缝中，常常锈迹斑斑等等。鉴于人工刷洗法无法满足医疗器械对清洁度较高的需求，我科于2007年3月引用了目前国际上最先进而且应用最广的超声波清洗技术，使用超声波清洗器进行医疗器械的清洗，它不仅清洗洁净、清洗快速，并节省大量人力、物力，较之以往大大提高了工作效率。清洗后的医疗器械光亮如新，生锈率也大大降低。曾就超声波清洗器使用前后的效果作了一个比较：固定使用的镊子500把，从2006年3月—2007年3月，用传统人工刷洗法清洗，导致生锈而不能使用的镊子共计170把，从2007年3月份至2008年3月份用超声波清洗器清洗，生锈不能使用的镊子仅为30把。从上述可见，超声波清洗器的清洗效果是不言而喻的。

可以说，在目前所有的清洗方式中，超声波清洗是效率最高，效果最好的一种。之所以超声波清洗能够达到如此的效果，是与它独特的工作原理和清洗方法密切相关的，下面，仅就其清洗原理与操作方法作简要介绍。

1超声波清洗原理

当超声波的高频机械振动传给清洗液介质以后，液体介质在这种高频波振动下将会产生近真空的“空腔泡”，“空腔泡”在液体价质中不断碰撞、消失、合并时，可使周围局部产生极大的压力，这种极其强大的压力足以能使物質分子发生变化，引起各种化学变化（断裂、裂解、氧化、还原、分解、化合）和物理变化（溶解、吸附、乳化、分散等）。另外，空泡胞的本征变化频率与超声波的振动频率相等时，便可产生共振，共振的空腔泡内因聚集了大量的热能，这种热能足以能使周围物质的化学键断裂而引起一系列的化学、物理变化等，理论上讲“空腔泡”对清洗对象的强烈的作用称为“空化作用”。

由于超声波的空化作用，其清洗效果远远优于其它清洗手段所能达到的清洗效果。清洗效果比较（根据资料报导）所示：超声波清洗法达到100%，刷洗（用化学溶剂）为90%，蒸气清洗（化学溶剂）为35%，从上看出，超声波清洗是最有效的清洗手段。

2操作方法

2.1将污染的医疗器械回上后，有轴节的，如剪刀、血管钳等串在U型支架上，使轴节部位充分张开，然后和无轴节的医疗器械一并放入500-1000MG/L有效氯溶液中浸泡30分钟后取出清水冲净。

2.2将20G必洁美（多种生物酶）加入4公升常温水中（适宜温度20-50）使本品迅速溶解后，倒入超声波清洗槽内，再将医疗器械全部浸入溶液中，溶液量及浓度视物品量及污染情况而加减。

2.3将通电源开机运行3-5分钟，取出后用常水或热常水冲洗洁净即可。

2.4将清洗洁净后器械烘干，上油并尽快打包，以免再度污染。

3使用超声波清洗器的注意事项

3.1洗涤槽内注入适量水，液面大于4cm，严禁无水运行。

3.2机器运行中严禁改变功率，如需要改变功率，必须关电源，再调强、弱开关。

3.3在运行中，清洗液的温度小于60℃，一旦大于60℃，必须降温，以免损坏换能器，一般温度保持在40-45℃，如低于40℃，则会降低清洗效果，高于45℃，会导致细菌蛋白质凝固，同样会降低清洗效果。

3.4如起动有故障，不能强行再开机。

3.5放置物品要轻，重的物品不能直接放在槽板上，而要用支架悬浮清洗，与底板距离2-3cm，物品要完全浸泡在清洗液中。

3.6槽中禁中热水（50℃以上），以免损坏换能器。

超声影像技术在中医中的应用 篇4

中医是研究人体生理和病理以及疾病诊断和治疗等的一门学科。中医以阴阳五行作为理论基础，将人体看成是气、形、神的统一整体，通过望、闻、问、切四诊合参的方法，探求病因、病性、病位，分析病机及人体内脏之腑、经络关节、气血精液的变化，判断正邪消长，进而得出病名，归纳出证型，以辨证论治原则，判定汗、吐、下、和、温、消、清补等治法，使用中药、针灸、推拿、按摩、拔罐、气功、食疗等多种治疗手段，使人体达到阴阳调和而康复。经过2千多年的历史证明，中医中药有不可否认的疗效。但中医发展至今仍缺乏客观的、公认的评价标准及量化的指标。只依赖望、闻、问、切，就不可避免地会产生主观上的偏差，其重复性也显得更加困难。

超声影像技术是一种科学技术，既不属于中医也不属于西医，是科学技术在医学中的应用，是将超声检测技术应用于人体，通过观察和测量了解人体器官、组织结构的数据和形态，发现疾病，作出提示的一种诊断方法（如同体温计、血压计一样），它是一种无创、无痛、方便、直观的有效检查手段。最常用于医学的超声影像技术有B超和彩色多谱勒（即彩超），B超检查可以直观肝、胆、胰、脾、胃肠、胸腔、肾、输尿管、膀胱、尿道、子宫、盆腔附件、前列腺、精囊、肢体、关节及眼、甲状腺、乳腺、唾液腺、睾丸等表浅小器官的形态、大小、结构及部分器官的活动状态，主要用于肿物、畸形、结石及其他能引致局部结构有明显形态改变的疾病；而彩超可以观察脏

器（尤其是心脏、脑及血管）或病变的血流供应，测量血流速度和血流方向。因此可以把超声诊断看作是一种特殊的望诊，从超声显像获得的微观化依据是对中医宏观望诊的延伸和补充，利用超声影像技术可以观察和分析中医中药治疗前后患者病情的轻重转归、评价功能状态及愈后，并能提供出客观的量化标准，为临床提供用药依据，使中医中药的研究得到质的飞跃。

如中医妇科的月经病包括月经不调、崩漏、闭经、痛经等，辩证有寒症、热症、实证、虚证等，但不能确定卵巢、子宫是否有病变，不知道闭经是否早孕、是宫内还是宫外孕，不知道漏经是不是先兆流产，痛经是否子宫内膜异位所致等等，通过B超检查就可以了解子宫的大小、形状、内部结构、有无炎症、肿瘤、宫内或宫外孕，可以避免中医治疗妇科病的盲目性。另外妇女月经正常与否与子宫内膜的变化、卵巢内卵泡发育及排卵直接相关，通过B超检查可以直接观察子宫内膜变化、卵巢内卵泡的生长、发育及排卵，指导医师正确使用促卵泡生长中药和促排卵中药，提高中医治疗不孕症的疗效。

中医的胁痛可分为肝胆湿热型、肝气郁滞型、淤血停滞型和肝阴不足型，涉及的脏器有肝、胆、脾、胰、肾等，病变有炎症、肿瘤、结石、破裂出血等，属于哪一种病变只有通过B超才能确定，因此中医辩证结合B超检查能更准确的诊断，方便医师辩证用药，使治疗更及时有效。

再如运用彩色多普勒技术观测高血压病、冠心病、糖尿病等患者的颈动脉、椎动脉、股动脉、腘动脉及足背动脉，根据其内径、内-

中膜厚度、血流速度、阻力指数、搏动指数等，评价患脑梗、心梗及糖尿病足的风险，提前应用中药进行干预，减少发病率，提高高血压病、冠心病、糖尿病等患者的生活质量。

还有利用彩色超声心动图对心脏结构、活动情况的观察及血流量、心脏收缩功能、舒张功能的测定，了解中药及针灸治疗对充血性心力衰竭、冠心病及高血压病等患者心排血量及心收缩、舒张功能的改善。还可运用彩色多普勒技术观察中药对脑血栓、下肢深静脉血栓的溶栓效果，可以通过对血流速度、阻力指数等数值的动态观察，来调整所用中药方剂的药物及用量。

此外通过对针灸治疗前后的超声影像学变化规律的探索，可以揭示出针灸的生理、病理及治疗效果，既能帮助临床医生选择最佳治疗方案，使疾病得到有效地治疗，同时也能指导临床，及时纠正治疗中的偏差，及时完善治疗方案，并总结经验教训。

超声波技术的应用 篇5

所在学校

所教年级 八年级 研究学科 物理 联系电话 电子邮件

一、课题背景、意义及介绍

1、背景说明（怎么会想到本课题的）： 物理学科作为义务教育阶段中很重要的一门基础性学科，它不仅肩负着物理学科知识的传承和发展，还担负着发展学生思维能力、培养学生的实践能力、提高学生的探索创新精神的重任。“从生活走向物理，从物理走向社会”，超声波在现代生活中有广泛的应用。八年级学生刚接触物理学科不久，对本课题的研究有利于提高学生对物理学科的兴趣和对物理知识的迁移能力，为接下来的学习提供必要的方法和能力的支持。

2、课题的意义（为什么要进行本课题的研究）： 通过对课题的实施让学生了解自然界中的动物对超声波利超声波在当代社用和会生活中的应用，拓展学生的知识面，增强学生学以致用的能力。通过对信息的搜集、筛选、分析和处理，提高学生对有用信息的甄别整合能力；通过成员组成员间的交流合作和实地考察，提高学生的实践能力、团队意识和交往品质；通过自评与他评，促进学生的自我反思，认识自身的优缺点，从而形成正确的“三观”，养成求真务实、积极向上的生活态度。

3、课题介绍 课本中介绍了超声波的概念，但对超声波的特点和应用没作详细介绍，超声波的应用是八年级物理课本知识的拓展。自然界中很多动物对超声波的利用是现代仿生学研究的范畴，超声波在现代军事、医疗、工业、前沿科技中也有广泛的应用。学生除了可以搜集到相关的文字、图像资料外，还可以进行实地考察。例如到医院了解B超、超声波探伤、超声波去除人体内结石，到牙科美容所可以了解超声波洗牙，到交通部门可以了解超声波测距等。让学生能够在各种实际情境中感受物理的魅力，增加对科学的热爱。

二、研究性学习的教学目的和方法（可按新课程标准的三维目标（或布鲁姆目标分类法）进行研究性学习的教学目和方法的阐述）

三、参与者特征分析（重点分析学生有哪些共性、有哪些差异，尤其对开展研究性学习有影响的因素。）1.八年级学生刚接触物理学科不久，对物理知识的迁移能力和运用能力都比较弱； 2.学生查阅文本资料的能力较强，具备上网搜集资料的技能； 3.学生的社会实践经验较少，交际能力不强； 4.学生语言组织能力较好，但总结升华、撰写论文的能力还有所欠缺； 5.学生对研究问题普遍兴趣较高； 6.学生接受新事物较快，思维的独立性、批判性快速发展，不盲从他人意见，自尊心较强，但自律性还较差。

四、研究的目标与内容（课题研究所要解决的主要问题是什么，通过哪些内容的研究来达成这一目标）课题研究所要解决的主要问题： 1.超声波的概念及特点； 2.知道在实际应用实例中是利用了超声波的哪些特点； 3.运用超声波的特点进行工作的仪器的基本工作原理和操作方法； 4.超声波在当代社会各个领域中的应用的价值和发展前景。通过以下内容的研究来达成这一目标： 1.复习课本中的概念以及通过搜集的资料分析归纳超声波的特点； 2.通过实例分析实际应用中超声波的哪些特点具有实用价值； 3.进行查阅说明书、实地考察、咨询专家等多种途径弄清运用超声波特点进行工作的仪器的基本工作原理和操作方法； 4.超声波在实际应用中的价值和发展前景的调查和分析。学生可能的选题内容是： 1.现代仿生学——动物对超声波的应用对我们的启发； 2.现代医疗中超声波的应用； 3.基于超声波特点的各种仪器的基本工作原理。

五、研究的预期成果及其表现形式（研究的最终成果以什么样的形式展现出来，是论文、实验报告、实物、网站、多媒体还是其他形式）1.课题组在各个阶段的成果会以报告、手抄报的形式体现出来； 2.课题研究的最终成果由学生撰写的研究报告或论文展现。

六、资源准备 教师提供的资源： 1.开放学校图书馆、机房和多媒体教室； 2.提供医院、牙科美容所（或眼镜店）、交通局的地理位置和联系方法； 3.介绍一些关于超声波的专业书籍如《临床超声诊断检查规范与疑难病例解析及超声解剖图解实用手册》和《现代介入性超声诊断与治疗》； 4.评价量规。学生自行准备的资源： 1.活动记录表； 2.照相机和U盘。

七、研究性学习的阶段设计 研究性学习的阶段 学生活动 教师活动 起止时间 第一阶段：动员和培训（初1 利用文本资料讲解1课时 步认识研究性学习、理解1 学习认识研究性学研究性学习的步骤和研究性学习的研究方法）习的实施环节、研究方方法； 法、具体要求； 2 引入自然界一些动 2 了解本次研究性学物对超声波的应用激习的学习目的； 发学生对本次课题的 3 了解本次课题研究兴趣； 的意义。3 组织学生发表感言，对课题进行探讨、提问 1 以学生感兴趣的或3课时 提出和选择课占有较多可用资源的1 组织学生探讨拟定题 课题方向初步拟定课课题； 题； 2 帮助学生分析判断

根据草拟的课题探拟定课题的可行性。讨其可行性并最终确定课题 1 学生根据自己选定成立课题组 1 根据学生的能力与的课题以自愿为原则特长调配各组成员，尽选择课题组成员； 量使各组素质均衡，特第二阶段自主选举课题组组别注意性格孤僻和组课题准备长，然后根据自己的专织纪律性不强的学生阶段 长初步确定各自的工的分组； 作内容。2 协助各小组制定合作学习评价量规。指导学生的分工形形成小组实施1课题组探讨制定研究计划，细化分工和任式和具体步骤的时间方案 务，预定成果； 安排； 2 协助学生活动记录2制作调查表、活动记录表。表的设计和参考预定成果展示的形式和内容根据学生参与的积二个第三阶段：课题实施阶段 一 收集、分析、筛选极性、采用的研究方学月 和整合资料 法、团队合作的情况及学生根据分工，信息技时给予鼓励、监督和指术较强的成员上网搜导； 集下载；阅读能力较强 2 及时记录学生的课的成员到学校图书馆题研究的各种情况，以或书店查阅文本资料；备作为客观评价的依交际能力较强的成员据； 走访有关专家；信息处 3 给学生提供必要的 理能力较强的学生分 析整理组员收集来的信息、启发思路、补充信息，甄选出对课题研知识、介绍方法和线究有用的信息； 索，引导学生质疑、探二 实地考察阶段 究和创新。组长牵头各成员根据4 对学生在撰写论文自己掌握的资料和人的过程中遇到的问题脉关系选择考察的单给予适当的帮助，如论位。例如有父母当医生文的格式、要求等。的成员可以到父母所在的医院进行B超、超声波探伤等的调查研究；对交通知识掌握较好的成员可以到交通部门了解测速仪的工作原理等。各小组及时汇集讨论当天各自的活动成果并做好记录工作。三 成果汇总整合 汇总、探讨、整合课题组课题实施各个阶段的研究成果，由写作能力较强的成员将其撰写成文。

八、总结与反思（实践后总结、反思整个研究性学习过程，提出改进意见）1.各成员根据自己在课题实施过程中的表现进行自我反省，并参照（自评表）进行自我评价，由小组长汇总整理； 2.小组参照（同学互评表）进行互评； 3.教师根据课程实施以来各小组、各成员的活动情况，利用（教师评价表）给出评价意见和指导意见； 4.各小组对课程实施的整个过程进行反思、交流，提出可资借鉴的经验教训。自评表

自评内容 方式(1)我在课题实施过程中态度是否积极主每一个主题活动结束后，填写动？ “综合实践活动记录与评价表”或用描述性语言的方法对(2)我与其他课题成员间是否融洽相处？ 以上内容进行一次自评，完成后经指导教师审阅后收入档案(3)我在遇到困难时是否勇于面对挑战？ 袋中。

(4)我对课题实施方案作出哪些有建设性的建议？

(5)在活动中我学到了哪些探究方法？

(6)我在本次活动中哪些方面得到提高？

(7)在本次活动中我还存着哪些不足？(8)课题实施过程中，我发现了哪些经验教训可资借鉴？ 同学互评表 互评内容 方式(1)团队合作精神好，有优良的交往品质。每一个主题活动结束后，小组成员集体讨论，组长执笔用描述性评价方法(2)遇到挫折时是迎难而上还是逃避畏惧？ 对以上内容进行评价，完成后经指导教师审阅后收入档案袋中。(3)参加活动积极主动，实践能力强。(4)创新意识好，善于反省改进。教师评价表

等次 评价内容 评价指标（星级评定）

1、活动态度方面 A、态度是否积极，是否主动组织或参与活动。B、与小组同学合作是否良好。C、活动是否认真、善始善终。D、是否勇于克服困难。A、查阅资料技能。B、实地观察记录能力。C、调查研

2、知识技能方面 究能力。D、整理材料能力。A、运用工具能力。B、交往与表达能力。C、分析总结

超声波技术的应用 篇6

超声波传感器是利用传感器头部的压振陶瓷的振动，产生高频人耳听不见的声波来进行感应的，如果这声波碰到了某个物体，传感器就能接收到返回波。传感器通过声波的波长和发射声波以及接收到返回声波的时间差就能确定物体的距离，比较具有代表性的，一个传感器可以通过按钮的设定来拥有近距离和远距离两种设定，无论物体在那一种界限里，传感器都可以检测到。例如：超声波传感器可以安装在一个装液体的池子上，或者是一个装小球的箱子上，向这个容器发出声波，通过接收到返回波的时间长短就能确定这个容器是满的、空的或者是部分满的。

超声波传感器还有使用的是独立的发射器和接收器的型号，当检测缓慢移动的物体，或者需要快速响应或者在潮湿环境中应用时，这种对射示或者叫分离式的超声波传感器就非常适用。在检测透明物体、液体，检测光滑、粗糙和有光泽的，半透明材料的物体表面，和检测不规则物体时，超声波传感器都是首选。超声波传感器不适用的情况有：户外，极热的环境，有压力的容器内，同样不能检测有泡沫的物体。

超声波传感器选型要点：

范围和尺寸:被检测的物体的尺寸大小会影响超声波传感器的最大有效范围，传感器必须探测到一定级别的声波才能被激励输出信号hwgy.lightjh.com,一个较大的物体可以将大部分声波反射给传感器，所以传感器可以在它的最大限度内对此物体进行感应,而一个小物体只能反射很少的声波，这样就明显地减小了感应的范围。

被测物:能运用超声波传感器进行检测的最理想的物体应该是大型、平坦、高密度的物体，垂直放置面对着传感器感应面。最难检测的是那些面积非常小,或者是可以吸收声波的材料制作的，比如泡沫塑料,或者是角面对着传感器的。一些比较困难被检测的物体可以先对物体的背景表面进行示教,再对放在传感器和背景之间的物体作出反应。

用于液体测量时需要要液体的表面垂直面对超声波传感器，如果液体的表面非常不平整，那么传感器的响应时间要调的更长一些，它会将这些变化做个平均,可以比较固定的读取。

在Retrosonic模式下使用超声波传感器，使得探测不规则物体也成为可能，在retrosonic模式下,超声波传感器可以先探测一个平整的背景,如一面墙，当任何物体通过传感器和墙之间的时候，就会阻碍声波,传感器感应到了中断，便会意识到出现了物体。

振动:无论是传感器本身还是周围机械的振动，都会影响距离测量的精确度，这时可以考虑采取一些减震措施，例如：用橡胶的抗震设备给传感器做一个底座,可以减少振动，用固定杆也可以消除或者最大程度的减少振动。

衰减:当周围环境温度缓慢变化的时候，有温度补偿的超声波传感器可以做出调整，但是如果温度变化过快，传感器将无法做出调整。

误判:声波可能会被附近的一些物体反射，比如导轨或者固定夹具，为了确保检测的可靠性，必须减少或者排除周围物体对声波反射的影响,为了避免对周围物体的错误检测，许多超声波传感器都有一个LED指示器来引到操作人员进行安装，来确保这个传感器被正确的装好，减少出错的风险。

超声波传感器的典型应用举例

超声波技术的应用 篇7

高压静电喷涂是以接地的车身为正极, 以喷枪 (旋杯) 为负极, 在两极间形成高压静电场, 在静电场的作用下, 带负电的油漆被吸附于车身上。高压静电喷涂操作是由自动喷涂机完成的, 自动喷涂机一般由侧喷机和顶喷机组成。侧喷机主要喷涂车身两侧垂直表面, 顶喷机主要喷涂车身的前部、顶部和后部。

2 超声波清洗机理及优势

超声波的频率在20 kHz以上, 超声波的频率高、波长短, 因而传播的方向性好、穿透能力强。超声波清洗是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用等达到使污物层分散、乳化、最终被剥离的目的, 是清洗精密部件的最佳方案。表1是不同清洗方法清洗效果的对比数据。

由表1可以看出, 超声波清洗效果要好得多。其他清洗方法一般都是人工清洗加上一些辅助措施 (比如用压缩空气吹等) , 存在清洗速度慢, 对深孔、细缝和部件隐蔽处无法清洗等缺点。

3 超声波清洗技术的应用

随着涂装生产的进行, 自动静电喷涂设备上的喷杯、喷嘴和整形空气环等零部件会逐渐被污染, 需要在停产期间进行清洗和维护工作。原来采用溶剂浸泡+人工清洗的方法, 首先将脏的零部件放在盛有溶剂的不锈钢盒中浸泡一段时间;然后用刷子清洁表面, 用细针清洁小孔;再用压缩空气吹;最后将清洗好的零部件浸泡在干净的溶剂中待用。

溶剂浸泡+人工清洗的方法费时、费力, 而且不能保证清洗效果100%良好, 曾经发生过因为个别喷杯未清洗干净而导致的车身油漆质量问题。同时员工经常接触有毒、有味的溶剂, 不利于身体健康。

为此, 有关技术人员实地考察了张家港和无锡两地的超声波清洗机生产厂家, 结合本公司自动喷涂机精密部件的实际结构, 最终选定了两款超声波清洗机BYD-100和BYD-200用于日常维护工作, 其中BYD-100 (功率为100 W) 用于初洗, BYD-200 (功率为200 W) 用于精洗, 效果很好。下面是几种部件用超声波清洗机清洗前、后的情况对比。

a.图1是清洗前、后的喷杯。

b.图2是清洗前、后的整形空气环。

4 结束语

对汽车涂装生产而言, 保洁是一项非常重要的工作。将超声波技术用于自动喷涂机精密零部件的清洗, 能够确保清洗质量, 解决了此前存在的清洗难题, 消除了影响车身高压静电喷涂质量的一个隐患, 还可以节省设备维护费用。

摘要：高压静电喷涂机因具有涂着效率高、节省油漆、节能降耗和保护环境等优点而被各大汽车厂家广泛应用。喷杯是高压静电喷涂机的关键部件, 经长期使用后会发生堵塞, 这将直接影响喷涂质量。喷杯价格昂贵, 直接更换将导致不必要的浪费。根据多年维护自动喷涂机设备的经验, 将超声波清洗技术用于自动静电喷涂机上喷杯等精密机械部件的清洗, 取得了很好的效果, 在保证喷涂质量的同时节约了维修费用。

关键词：超声波清洗,高压静电喷涂机,喷杯,喷嘴

参考文献

超声波焊点检测技术应用 篇8

摘 要：随着汽车工业的发展，人们对汽车的安全性也越来越加重视。现如今制造的各种轿车，车身都是由数百块金属板材，用上千个焊点焊接而成，这些焊点成了维系乘客安全的重要保障。然而国内的很多主机厂， 点焊的过程控制和焊点质量判别仍是一个难点。以电阻点焊为例，焊接参数包括焊接电流、电压、电极压力、脉冲周期等多种参数，因此焊点受电、力、热等多种因素的影响，控制起来非常困难。另外由于焊点的封闭性，无法直观的判断焊点质量的好坏，只能采用破坏性和半破坏性的方式进行焊点质量的检验，这样的检测方法效率低，破坏性强，成本非常高。

关键词：工作原理；判定准则；波形分析

1 概述

1998年，Mansour[1]提出了基于脉冲回波技术的点焊超声检测方法，这一方法已经在国外的一些知名主机厂及一些合资品牌中得到广泛的应用。如奔驰，通用、福特、上海大众等公司均已采用超声波检测技术进行焊点质量检测。通过对比，超声波检测技术在成本和检测覆盖率方面都存在明显的优势，避免了目前破坏性和半破坏性检查的滞后性和大量浪费，降低了生产成本。

2 超声波焊点检测仪工作原理

电阻点焊的超声波检测技术是利用发射一个极短的高频超音波从焊接结构的后墙多重反射，根据回波系列的长度，信号衰减，中间回波的幅值和位置来判断焊点质量的好坏，区分焊点的缺陷。

3 超声波焊点检测波形分析

超声波焊点检测仪中设定识别的焊点缺陷有以下几种：

①好焊点（OK）：好的焊点没有明显的杂波信号，回波序列的波幅相应快速递减。这是因为焊核金属的晶粒较母材晶粒粗大，声波穿过时，能量衰减也大。回波的间隔反映焊点的厚度。②过烧（Burnt）：回波序列显示只有极少回波。这是由于焊核区域过大，以及母材材质硬化造成声能衰减非常严重。③粘接（Stick weld）：与好焊点相比粘接有较低的衰减，上层板底面（中间）回波很明显。④小焊核（Small Nugget）：在正常的回波信号中间会出现中间波，它是由母材界面引起的反射波，信号与焊核大小和声束直径成比例，通过它操作人员能鉴别焊核直径是否小于声束直径，这就是为什么操作人员要非常慎重地选择探头直径与要求的最小焊核公称直径相一致的原因。⑤脱焊（Loose）：脱声波未能进入第二层板，直接从第一层板的后墙反射回去，回波序列显示非常多的底波信号，波形飞行距离长，按单片厚度排列。⑥气孔（Gaspore）：Gaspore是一种可视为良品的缺陷，是因为焊核在冷却过程中，由于热胀冷缩的原理，气孔会刚好停留在两层板的中间。在正常的回波信号中间会出现中间波，它跟小焊核的信号比较相似。（如图1）

4 超声波焊点评估方法

在仪器程序设定中，根据声波飞行距离将整个评估范围分为五部分（根据搭接板料的厚度，设定各部分的宽度），通过声波飞行距离最终落在的区间，以及波形形状，来评估焊点结果。