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。

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。

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。

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。

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。

微酸性电解水-超声波并行联合处理对鲜切生菜表面大肠杆菌杀菌效果的影响

为探明微酸性电解水(slightly acidic electrolyzed water,SAEW)与超声波(ultrasonic,US)并行联合处理对鲜切生菜表面大肠杆菌(Escherichia coli)的杀菌效应,本研究在不同料液比(1∶5、1∶10、1∶15(g/mL))和不同温度(25、35、45℃)条件下采用SAEW-US并行联合处理鲜切生菜,并用平板计数法测定生菜表面E.coli菌落数,对菌落数的变化情况进行协同效应分析及动力学分析。采用流式细胞术和双层培养计数法对处理后的E.coli进行亚致死损伤检测。结果表明,SAEW-US并行联合处理的杀灭E.coli效力高于SAEW单一作用时的杀灭E.coli效力,随着处理时间的延长、溶剂用量的增加和温度的提高,杀灭E.coli效果显著增强。SAEW-US并行联合处理对于杀灭E.coli具有“1+1>2”的协同效应,且杀菌过程遵循一级动力学模型。SAEW-US并行联合处理比单独SAEW处理杀灭E.coli效果强,并且能降低E.coli亚致死损伤数量。综上可知,SAEW-US并行联合处理鲜切生菜表面E.coli存在协同效应,相关结果可为鲜食农产品的杀菌提供理论依据。

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。

响应面法优化黑桑椹黄酮超声波提取工艺

为优化黑桑椹总黄酮超声波提取工艺,以库尔勒市阿瓦提乡采摘园种植的黑桑椹果实为原料,在单因素试验结果的基础上,分别选取乙醇体积分数、提取温度、提取时间、液料比4个因素开展Box-Behnken中心组合试验,利用Design-Expert 8.06软件对结果进行分析和优化。结果表明,黑桑椹中黄酮类物质的最佳提取工艺条件为:乙醇体积分数60%,提取温度70℃,超声时间40 min,液料比30∶1(mL/g)。在此工艺条件下,黑桑椹黄酮类物质提取量为9.565 mg/g。说明应用响应面法所得到的提取工艺参数可行性强、可靠性高。

超声波处理对中棉113种子萌发和幼苗生长发育的影响

超声波处理可以促进种子萌发、提高陈旧种子发芽率,调控作物产量和品质。本研究旨在通过分析超声波处理对棉花种子萌发和幼苗生物量的影响,明确超声波处理对棉花种子萌发和幼苗生长发育的调控效应。以中棉113为试验材料,用频率40 kHz、功率200 W的超声波清洗器对中棉113的种子进行不同时间(20 min、30 min、40 min)处理,通过统计发芽率、发芽势、发芽指数和胚根长度,明确超声波处理调控种子萌发的适宜时间;通过调查和测定超声波处理后种子的出苗情况和两叶一心期材料的鲜物质质量和干物质质量,评估超声波处理对幼苗生长发育的影响。研究表明,超声波处理的种子发芽势和发芽指数显著高于对照组,随处理时间延长呈先上升后下降的趋势,其中超声波处理30 min的最高,且该处理种子胚根长度显著增长,出苗状况最佳。超声波处理后,种子出苗加快,两叶一心期幼苗鲜物质质量和干物质质量均显著提高。研究明确了适宜条件的超声波处理对中棉113种子萌发和幼苗生长发育具有促进作用,其中30 min为频率40 kHz、功率200 W的超声波的适宜处理时间。这些结果可为超声波技术在棉花生产实践中的应用提供科学依据。

超声波处理糯米粉制作的麻糬特性研究

为了评价超声波处理的糯米粉在实际食品中的应用效果,以超声波处理(功率130 W,料液比1∶2 g/mL,时间20 min)的糯米粉(ultrasound treated waxy rice flour,UT-WRF)和原糯米粉(native waxy rice flour,N-WRF)为原料制作麻糬,分析并比较麻糬特性。结果表明:与以N-WRF为原料制作的麻糬(mochi prepared by native waxy rice flour,N-Mochi)相比,以UT-WRF为原料制作的麻糬(mochi prepared by ultrasound treated waxy rice flour,UT-Mochi)更加爽滑不粘牙,柔软而富有弹性,评分更高且更加明亮剔透;经扫描电子显微镜观察到UT-Mochi的表面孔径较小且大小较为均一;UT-Mochi的表观黏度、拉伸断裂力和最大拉伸距离均高于N-Mochi,储能模量、硬度和咀嚼性均低于N-Mochi;UT-Mochi中的可冻结水含量、横向弛豫时间和峰面积均低于N-Mochi,其水分分布更分散。经超声波处理的糯米粉制作的麻糬在外观、质构以及感官方面得到明显改善。

超声波干涉及可视化实验装置研制

为了丰富大学物理声学实验内容,研制了一种多功能超声波干涉实验装置。基于空气介质设计了双振子干涉声速测量实验和半波损失验证实验。分别采用干涉声场测量法和干涉条纹移动法进行声速测量实验,并利用示波器实现了干涉声场声压分布的可视化。分别以有机玻璃、橡胶和玻璃为反射面材料,利用干涉法验证掠入射条件下的半波损失现象,并估算出掠入射角的范围。该实验装置实验现象明显、可操作性强,获评北京市第十六届大学生物理实验竞赛一等奖。

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。

超声波-酶法协同制备梅花鹿鹿血肽及其体内抗疲劳活性研究

目的采用超声波辅助生物酶法协同制取鹿血肽,研究酶解条件对鹿血肽得率的影响。方法通过单因素和正交实验优化混合蛋白酶不同酶解时间、酶解温度、加酶量、pH。以小鼠游泳时间为指标,研究鹿血多肽的抗疲劳活性。结果鹿血酶解的温度为50℃、酶解时间为4.0 h、加酶量5.5%、pH 7.5为较优酶解条件,此时水解度为29.10%。小鼠抗疲劳实验显示:鹿血多肽高、中、低剂量组小鼠游泳力竭时间延长率分别为159.46%、91.89%、13.51%,与对照组相比,鹿血多肽高、中剂量组游泳力竭时间均显著延长(P<0.05);鹿血多肽高剂量组小鼠游泳力竭后,解剖检测发现肝脏中肝糖原含量以及血液中的尿素氮浓度、乳酸含量均显著提升(P<0.05),明显提高运动后小鼠机体代谢活动,增强其抗疲劳能力。结论本研究为进一步研究梅花鹿鹿血肽的抗疲劳机制和开发鹿血肽酒等相关产品奠定了基础。

小承气合剂经超声波给药对结直肠肿瘤腹腔镜手术患者围手术期炎症及胃肠功能恢复的影响

结直肠癌是最常见的消化道恶性肿瘤,发病率逐年上升。微创外科时代,腹腔镜手术已成为该病的主流术式,对患者创伤小,但仍属于有创操作,对患者会造成一定损伤。手术应激反应诱导机体释放炎症因子,出现暂时性肠麻痹,延迟胃肠功能恢复,不利于患者术后康复。在前期研究中,我们已经证实小承气合剂早期灌服能有效促进结肠吻合术后胃肠功能恢复,安全性高[1]。

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。

超声波衍射时差法在海洋平台卷管焊缝检测上的应用

海洋石油平台钢桩、立柱、导管、隔水套管、拉筋等卷管结构的无损检测主要采用手工超声波检测(UT)或射线检测(RT),检测效率低下,存在辐射风险。为解决海洋平台卷管焊缝手工超声波检测效率低下及射线检测辐射安全的问题,提出将超声波衍射时差法(TOFD)应用到卷管焊缝检测上,根据标准规范设计加工TOFD对比试块,对已知人工缺陷进行TOFD与UT对比实验,对现场存在自然缺陷的卷管焊缝进行TOFD与RT对比实验,通过多次对比实验确定了TOFD扫查方式和工艺参数,验证了TOFD技术的可靠性以及高效性,最终将TOFD技术应用于海洋平台卷管焊缝检测,明显提高此类焊缝的检测准确度和检测效率,并且避免了射线检测的辐射风险。

超声波辅助低共熔溶剂提取荞麦壳中总黄酮的工艺研究

以荞麦壳为原料,采用超声波辅助低共熔溶剂提取荞麦壳中总黄酮。实验对低共熔溶剂(DES)的种类、摩尔比、含水量进行了筛选,在此基础上优化了超声提取工艺条件。结果表明,用摩尔比为1∶2的氯化胆碱/乙二醇合成的低共熔溶剂,当DES含水量为30%、液料比为30∶1(mL∶g)、超声温度为70℃、超声时间为40min时,总黄酮提取得率为8.26mg·g^(-1),高于传统醇提得率。此工艺绿色温和,适用于荞麦壳中总黄酮的高效提取,研究为植物源废弃物中天然产物的提取提供了新技术。