基于单片机的超声波测距系统设计

基于超声波测距的渡越时间检测原理,实现对近距离障碍物无接触的实时测量,本文提出一种基于STC89C52RC单片机实现温度补偿的超声波测距的设计方法。该超声波测距系统工作稳定,同时具有低成本、高精度、微型化等优点,可应用在道路限高、液位测量、倒车雷达预警、机器人自动避障、工业场地等应用场合,具有一定实际应用价值。

黄铜矿粗选指标对水玻璃超声波改性的响应及其机理

为阐明黄铜矿粗选指标与水玻璃超声波改性的内在关系,以超声波预处理的水玻璃为调整剂,进行了黄铜矿实际矿物的浮选试验,并采用pH值、黏度及红外光谱等手段对超声波预处理水玻璃溶液及矿浆浊度进行了表征。结果表明,黄铜矿的粗选回收率对超声波改性的水玻璃较为敏感。铜的回收率在水玻璃预处理时间为15 min作用时的敏感性最强,为85.42%,与未改性水玻璃的回收率相比提高了9.19个百分点。超声波预处理可减小水玻璃溶液的pH值,并使其黏度降低0.36%,这有利于水玻璃在矿浆中的分散。此外,超声波预处理还可改变水玻璃溶液的中水分子的比例以及水玻璃官能团的组成,并使预处理后的水玻璃溶液中游离水羟基与H 2 SiO 3中的Si—OH的相对比例分别提高7.83个百分点和1.08个百分点。游离水组份的增加有利于改善黄铜矿的疏水性及浮选效果,水玻璃有效成分H 2 SiO 3中Si—OH的组份增加在一定程度上强化了对矿泥的分散作用,从而提高了粗选作业铜的回收率。研究对超声波技术在有色金属浮选领域的应用有一定参考意义。

基于超声波无损检测技术的侧压竹集成材力学性能试验研究

探究超声波传播速度与侧压竹集成材力学性能(抗弯弹性模量和抗弯强度)之间的关系模型,结合密度计算出的动态弹性模量和抗弯弹性模量之间的关系模型,为超声波无损检测侧压竹集成材的力学性能提供理论依据。以侧压竹集成材为研究对象,利用超声波微秒计测量仪,通过超声波传播测量试验,得到了超声波在侧压竹集成材和竹板小试样中传播速度,并绘制出侧压竹集成材超声波传播速度的等值线分布图。利用密度计测量竹板小试样的密度和超声波波速计算竹板小试样的动态弹性模量。通过三点弯曲试验得到侧压竹集成材小试样的抗弯弹性模量和抗弯强度,回归分析超声波传播速度与抗弯弹性模量和抗弯强度,以及动态弹性模量与抗弯弹性模量之间的关系。结果表明,虽然采用相同的热压工艺参数,但各个侧压竹集成材所得到的超声波波速等值线分布图存在明显差异,说明各个侧压竹集成材的胶合效果存在差别,导致其之间的力学性能也存在一定的差别,超声波传播速度越大,表明侧压竹集成材的胶合效果或者力学性能越好;超声波波速与侧压竹集成材小试样的抗弯弹性模量和抗弯强度之间存在较好的相关性(决定系数R2分别为0.65和0.59),这说明可以通过超声波波速来合理地预测和评价侧压竹集成材小试样的抗弯弹性模量和抗弯强度;侧压竹集成材小试样的动态弹性模量与其抗弯弹性模量之间也存在良好的相关性,两者的决定系数R2为0.68,这说明也可以通过测量侧压竹集成材小试样的动态弹性模量,来对其抗弯弹性模量进行合理的预测和评价。研究表明,超声波无损检测技术是合理预测和评价侧压竹集成材力学性能的一种潜在的有效手段。

用于钢轨焊缝超声波探伤传感器的自动耦合系统及方法

申请号:202410561529.4【申请日】2024.05.08【公开号】CN118294534A【公开日】2024.07.05【分类号】G01N29/28;B61K9/10;G01N29/04【申请人】成都唐源电气股份有限公司【发明人】李丰;占栋;蒋睿健;左乾坤;王克文;黄成亮【摘要】本发明公开了用于钢轨焊缝超声波探伤传感器的自动耦合系统及方法,该系统包括自动化探伤平台和传动装置,传动装置用于实现自动化探伤平台在水平方向上传动;在自动化探伤平台上集成有立体视觉相机、喷淋装置、压力传感器、超声波探伤传感器和控制模块。通过立体视觉相机采集得到超声波探伤仪与钢轨的位置关系,喷淋耦合剂后,利用压力传感器得到的压力感应值调节步进电动机完成超声波探伤仪的高度调整,实现超声波探伤仪在全自动化条件下与钢轨的良好耦合并完成探伤灵敏度校准,提高了超声波信号传递效率,降低了探测信号传递过程中的干扰,有效延长了超声波探测传感器的使用寿命,满足大规模、快速的检测需求。

关刺针法配合超声波治疗气滞血瘀型髌股关节疼痛综合征的临床观察

【目的】观察关刺针法配合超声波治疗气滞血瘀型髌股关节疼痛综合征的临床疗效。【方法】将86例气滞血瘀型髌股关节疼痛综合征患者随机分为观察组和对照组,每组各43例。对照组给予西医常规治疗联合功能锻炼,观察组在对照组治疗的基础上,给予关刺针法联合超声波治疗。连续治疗2周。治疗2周后,评价2组临床疗效,观察2组患者治疗前后膝关节疼痛视觉模拟量表(VAS)评分的变化情况,以及Kujala量表评分的情况。比较2组患者治疗前后患侧膝关节主动屈膝活动度(AROM)的变化情况。【结果】(1)治疗后,2组患者的VAS评分明显改善(P<0.05),且观察组在改善VAS评分水平方面明显优于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。(2)治疗后,2组患者的Kujala评分明显改善(P<0.05),且观察组在改善Kujala评分水平方面明显优于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。(3)治疗后,2组患者的AROM明显改善(P<0.05),且观察组在改善AROM水平方面明显优于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。(4)观察组总有效率为95.35%(41/43),对照组为81.40%(35/43)。观察组疗效优于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。【结论】关刺针法配合超声波治疗髌股关节疼痛综合征,能明显缓解患者的疼痛症状,促进膝关节功能的恢复,临床疗效显著。

超声波-微波联合辅助提取澳洲坚果青皮多糖工艺优化及其抗氧化活性

为了开发澳洲坚果青皮多糖产品,促进澳洲坚果青皮的综合利用,我们以澳洲坚果青皮为试材,比较澳洲坚果果实不同部位的多糖提取率,并采用超声波-微波联合辅助法,运用单因素与正交试验比较微波功率、提取时间、料液比、超声温度4个因素对多糖提取率的影响,研究其最优提取条件。以维生素C为对照,测定澳洲坚果青皮多糖清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、羟基自由基的能力与还原力,评价其抗氧化活性。结果表明,澳洲坚果果实不同部位中,青皮多糖提取率最高。青皮多糖超声波-微波联合辅助提取工艺中各因素对提取率的影响力从高到低依次为提取时间>料液比>超声温度>微波功率,且均达到极显著水平(p<0.01),最佳提取工艺条件为提取时间90 min、超声温度65℃、料液比(1∶25)g/mL、微波功率400 W,此条件下提取率达到1.96%。澳洲坚果青皮多糖的抗氧化活性与质量浓度呈极显著正相关(p<0.01),相关系数R分别为0.9707、0.9813、0.9912,具有较强的DPPH、羟基自由基清除能力和较高的还原力,其半抑制浓度(IC 50)分别为38.55、20.38、41.51μg/mL,相同浓度下略低于维生素C。

基于正交试验和超声波波速的水库底泥透水混凝土性能研究

水库中的黏土、砂、有机物和无机矿物等结合并沉淀形成了水库底泥,水库底泥通常以不规则非均质体的黏土胶状物存在,呈流塑状态,具有良好的可塑性,颗粒之间较为松散。水库底泥的堆积会使水库的蓄水和防洪能力减弱,进而缩小水库容量,缩短水库寿命,影响航运交通等。另外水库底泥的长久堆积,其所含有的有机物还可能会对周边环境造成污染,水环境安全指数降低,进而对人类生存构成潜在的威胁,因此迫切需要对水库底泥进行资源化利用。为提高水库底泥在建筑材料领域的附加值利用率,将水库底泥作辅助胶凝材料制备透水混凝土。通过正交试验对水库底泥透水混凝土进行配合比设计优化研究,分析矿渣粉、水库底泥和增强剂对水库底泥透水混凝土干密度、总孔隙率、有效孔隙率、透水系数、超声波波速和28 d抗压强度等性能指标的影响,研究超声波波速与孔隙率、透水系数和28 d抗压强度之间的关系,探究试件的质量和超声波波速随冻融循环次数的演化规律。结果表明,随着水库底泥的掺入,水库底泥透水混凝土的干密度、抗压强度和超声波波速不断下降,孔隙率和透水系数不断增大;矿渣粉掺入使得试件的干密度、抗压强度和超声波波速先增大后减小,孔隙率和透水系数先减小后增大;增强剂对试件的性能指标影响不明显。3种因素对水库底泥透水混凝土的干密度、总孔隙率、有效空隙率、透水系数、超声波波速和28 d抗压强度影响排序为水库底泥掺量>矿渣粉掺量>增强剂掺量;超声波波速与孔隙率、透水系数和28 d抗压强度的曲线拟合相关性良好;随着冻融循环次数增加,试件质量损失率逐渐增大、超声波波速逐渐下降,矿渣粉和增强剂可以改善试件的冻融耐久性。研究成果将推进水库底泥在制备建筑材料中的开发与应用,有望为水库底泥透水混凝土的进一步应用提供参考。

一种月球熔岩管钻进的超声波钻探器

提出一种采用多点驱动旋转的螺旋槽圆锥复合型变幅杆结构,并研制了适用于熔岩管内壁钻进的高性能超声波钻探器;为预测超声波钻探器响应特性,利用等效阻抗网络模型对超声波钻探器进行了建模与分析。通过低重力多角度模拟钻进试验与数据分析,验证了该钻探器在熔岩管复杂地况应用中的可能性。结果表明,钻杆直径为3 mm、钻压力为10 N时,钻进速度随开孔角度的增加而增加,垂直钻进时钻探器最大空载回转速度为506 rad/min,钻进速度为6.4 mm/min,钻进时回转转速为259 rad/min。

超声波和碱性蛋白酶处理对克氏原螯虾脱壳及虾仁品质的影响

为研究超声波和碱性蛋白酶处理对克氏原螯虾脱壳及虾仁品质的影响,通过壳分离功、虾仁得率、虾仁质构、色泽、气味、嫩度、离心损失、肌原纤维蛋白含量等指标进行分析,确定克氏原螯虾脱壳的最佳前处理方式。结果表明:相对于传统加工方式,0.5%碱性蛋白酶和300 W超声波联合处理,能有效降低壳分离功21.8%,提高虾仁得率31%,并且显著提高了虾仁的嫩度和肌原纤维蛋白含量,硬度有所下降,气味和色泽方面无显著变化,研究结果为克氏原螯虾加工工艺的优化提供参考。

固井水泥环内部缺陷超声波检测仿真研究

固井水泥环内部的各种缺陷会导致层间窜流、井口带压等事故。无损检测技术作为一种非破坏性的检测方法,可以对固井水泥环内部的缺陷进行检测。基于超声波在连续介质中的传播规律,采用COMSOL仿真软件模拟压电效应以及超声波在水泥环中的传播状态和反射规律,研究水泥环缺陷反射信号的相关特性。研究结果表明:选择1.0 MHz 5周期Hanning窗调制的超声正弦波作为激励信号,超声探头可以在50μs内接收到水泥环缺陷的反射信号;不同类型的缺陷中,矩形缺陷的检测效果最佳;当缺陷主方向与超声波入射方向垂直时,检测效果最佳。研究结果验证了超声波无损检测技术可以快速准确地确定固井水泥环内部缺陷的类型和位置,同时调整超声波入射角度有助于提升检测效果,可为超声波在水泥环内部缺陷检测中的应用提供一定的指导意义。

响应面优化超声波微波协同提取猕猴桃茎黄酮工艺及抗氧化活性分析

为提高软枣猕猴桃树体资源利用率,以野生软枣猕猴桃茎为实验原料,并使用超声波微波协同提取猕猴桃茎总黄酮,采用Plackett-Burman试验设计,评价影响茎黄酮提取效率的超声功率、超声时间等7个因素,并筛选出其中3个显著影响因素:料液比、超声温度、微波时间.在此基础上,进一步采用Box-Benhnken最陡爬坡路径方法及响应面设计优化出3个显著影响因素的最佳参数水平.结果显示:料液比45 mL/g、超声温度55℃、微波时间5.5 min,此条件作用下,黄酮类化合物提取率可达9.25%.在测定的质量浓度中,软枣猕猴桃茎黄酮对DPPH、羟基的清除能力优于VC,而对超氧阴离子的清除差于VC,但对三种自由基均有一定清除能力.以上结果表明,软枣猕猴桃茎黄酮提取物具有良好的抗氧化活性.

萝卜叶多酚的超声波辅助提取工艺优化及抗氧化活性研究

为提高萝卜叶资源的利用率,并发掘其潜在应用价值,探究了萝卜叶多酚的超声波辅助提取工艺,并对其抗氧化活性进行了评估。通过在单因素实验基础上引入Box-Behnken响应面法,对萝卜叶多酚的超声波辅助提取工艺进行了优化。通过体外实验的评估,进一步验证了其抗氧化能力。结果表明,在超声温度为68℃、液料比为32 mL/g、乙醇体积分数为63%以及超声时间为31 min的最佳工艺条件下,萝卜叶多酚可以被高效地提取,其提取率达到了60.84 mg/g,且相对误差低至0.73%,充分证实了响应面分析方法优化该提取工艺的有效性和可行性。萝卜叶多酚展现出一定的抗氧化特性,对DPPH自由基、O_(2)^(-)自由基的半抑制质量浓度(half maximal inhibitory concentration,IC_(50))分别为78.91、403.55 mg/L,为进一步研发其作为天然植物源抗氧化剂提供了参考。

基于BLBL模型的超声波在钻井液中的传播衰减规律

通过BLBL声波衰减模型,并利用MATLAB进行数值模拟,探究了超声波在不同性质钻井液中的传播衰减规律。研究结果表明,超声波频率的增加会加剧钻井液中超声波的衰减,其衰减呈现先下降后上升的趋势,且频率越高,上升速度越快;同时,钻井液黏度、温度、体积浓度的增加均导致超声波衰减程度增加;运用正交试验研究后发现,4种因素对超声波衰减的影响程度排序为:钻井液黏度>钻井液温度>超声波频率>钻井液体积浓度。该研究结果为超声波在钻井液测量中的应用提供了理论支持和指导。

超声波液体处理中声场分布与换能器特性研究

为了提高换能器的控制精度,从理论和实验方面研究了超声波液体处理中的负载液体声场分布与超声波换能器振动性能。采用有限元分析软件对设计的超声波换能器和振动系统进行仿真研究,通过COMSOL进行模态分析,研究了换能器谐振频率等参数;建立实际液体处理有限元模型并对超声振动系统进行压力声学分析,得到负载液体中的声压、声强度等参数。基于ASIC锁频芯片实现超声振动系统频率的实时控制,实验表明换能器的实际谐振频率与仿真谐振频率误差仅为0.12%,实际输出振幅误差小于0.5μm,声强误差小于0.1 W/cm2。仿真模型与实际误差较小,能精准预测换能器的工作状态,有助于指导换能器的设计、液体声场的分析。

芳纶纸蜂窝材料超声波振动切割刀的设计研究

采用传统的铣削方式对芳纶纸蜂窝材料加工时,芳纶纸蜂窝材料会产生蜂窝坍塌、撕裂和纤维拉毛等质量问题,而采用超声波振动切割方式加工蜂窝材料时,可以避免传统铣削加工中出现的问题。文中首先对芳纶纸蜂窝材料超声振动切割刀进行总体结构设计,使用ANSYS有限元软件进行模态分析和谐响应分析,并根据分析结果优化超声波振动切割刀振子结构,确定其谐振频率,并分析其振动特性;然后对超声波振动切割刀样机进行阻抗测试和振幅测试,验证芳纶纸蜂窝材料超声波振动切割刀设计的合理性及可行性;最后观察芳纶纸蜂窝材料切割表面形貌,发现随着振幅的增大,样件切割表面成形更加完好,验证了超声波振动切割加工蜂窝材料能够提高芳纶纸蜂窝材料的加工质量。

斜射式超声波跨金属厚壁无线通信系统

跨金属无线传输是超声波通信的重要应用场景之一。实际应用中超声波在金属/超声波换能器界面处因反射而造成回波干扰是这类通信系统的天然缺陷。尽管利用回声消除技术能一定程度地克服回波干扰,但这需要调用大量电路硬件或计算资源。该文在超声波跨金属厚壁通信系统中摒弃传统的直射式探头而选用入射角为45◦的斜射式探头作为超声波发射和接收换能器,由于斜射式探头偏转了超声波在金属信道内的反射路径,从而大幅降低换能器接收到的回波。在不进行回波消除的前提下,以STM32为主控芯片和自制信号调理电路搭建了一套斜射式超声波跨金属厚壁无线通信系统,同时将之与选用直射式探头作为超声波换能器的通信系统进行对比验证。研究表明,在接收信噪比方面斜射式系统(19.52 dB)远优于直射式系统(9.24 dB),在穿透60 mm的厚铝板时系统实时通信速率达到1.2 Mbit/s,并可实现实时声频传输。

超声波电沉积制备Fe-Ni-Co合金箔

Fe-Ni-Co合金箔是过渡金属合金的一种重要类型,在储氢和磁性材料领域具有巨大的应用前景。本研究在氨基磺酸盐-氯化物电镀液体系中,采用电沉积法在纯钛基底上制备出铁基Fe-Ni-Co合金箔,考察pH值、温度、电流密度、超声波功率对Fe-Ni-Co合金箔的形貌、化学成分、晶体结构的影响。结果表明,当pH=2.0、温度为60℃、电流密度为50 mA/cm^(2)、超声波功率为45 W时,合金箔表面平整且气孔较少,杂质元素含量低,截面成分分布较均匀;合金是以Ni为溶剂、Fe和Co为溶质的置换型固溶体,为面心立方的γ-(Fe, Ni)相,硬度及耐腐蚀性能均较好。

超声波钻谐振控制算法设计及试验验证

为解决小天体表面引力小及温差变化大难以实现锚固的问题,提出以超声波钻作为锚固工具并采用模糊控制和恒流控制相结合的策略,实现了低钻压力和高低温环境条件下的超声波钻钻进锚固。压电驱动的超声波钻将高频电能转化为高频机械振动,驱动钻具高频破碎岩石,具有极低钻压力的显著优势,尤其适用于弱引力小天体的钻进锚固作业。针对超声波钻的驱动,对超声波钻的谐振控制算法进行研究。首先,建立超声波钻换能器的等效电路模型,在等效模型基础上研究换能器的阻抗特性、负载特性、温度特性和滞后特性。其次,根据超声波钻的工作特性研究谐振频率识别算法、谐振频率跟踪算法和恒电流控制算法,针对谐振频率跟踪算法研究了基于递归最小二乘估计的频率跟踪算法和基于模糊控制的频率跟踪算法,并对实际控制效果进行对比分析。最后,进行常温常压和高低温环境下钻进试验,试验结果表明,在不同温度环境和不同的钻进对象条件下,所设计的谐振控制算法能够实现对超声波钻的稳定驱动。研究结果表明,所提出的模糊控制和恒流控制能够有效的在低钻压力以及不同温度下实现有效钻进。

驻波型直线超声波电机接触特性有限元建模与分析

超声波电机接触摩擦是影响电机性能的关键环节,建立超声波电机的接触模型对电机性能优化具有重要作用。现有对驻波型超声波电机接触问题的研究,大多采用解析法,需要采用较多的简化假设,难以准确反映电机实际结构及真实接触情况。针对这一问题,采用有限元法,对驻波型直线超声波电机接触特性进行建模和分析。首先,考虑定子复合结构,建立定子三维有限元模型,分析定子在外加电压作用下的振动响应,得到定子振动位移表达式。在此基础上,考虑定子与动子的结构和接触特点,建立定、动子接触三维有限元模型。基于所建立的模型,分析了定、动子的接触状态、接触压力分布,并研究了驱动电压大小和预压力变化对接触特性和电机性能的影响。最后,搭建试验测试平台,测量了电机的输出特性,并与理论计算值进行对比,对比结果验证了所建立的定、动子三维有限元接触模型。

超声波预处理对乳酸发酵草莓汁品质的影响

为提高乳酸发酵草莓汁品质,将不同功率(150、300、450 W)超声波应用于草莓汁乳酸发酵前处理环节,研究不同功率超声波处理对乳酸发酵草莓汁的营养及感官品质影响。结果表明:超声波处理能够显著地提高草莓汁中酚类物质含量,提高其抗氧化能力,改善乳酸发酵草莓汁的感官品质。其中,300 W超声波处理草莓汁经乳酸发酵后具有更低的色差值,更高的红色值、酚类物质含量及抗氧化活性,并且该产品具有更优良的感官品质。这表明超声波处理可以作为一种优良的前处理方式应用于草莓果汁的乳酸发酵,研究结果为提高草莓乳酸发酵果汁综合品质提供了理论依据。