時(shí)間：2023-01-31 23:57:58
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇超聲波，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞： 超聲波輔助釬焊； 液態(tài)釬料； 固態(tài)母材； 填充金屬
中圖分類號(hào)： TG457.11
Abstract： The development of two kinds of ultrasonicassisted soldering technique is summarized at home and broad， including ultrasonic on the liquid solder and ultrasonic on the solid base method. The method and feature of ultrasonicassisted iron soldering /ultrasonicassisted precoated brazing/ ultrasonicassisted salt bath brazing/highfrequency laser modulation ultrasonicassisted soldering are introduced. The case about different materials brazed with filler metal by ultrasonicassisted on solid base metal is analyzed emphatically. The characteristic and performance of different ultrasonicassisted soldering method are analyzed， finally the prospect of ultrasonicassisted soldering technique is forecast.
Key words： ultrasonicassisted soldering； liquid solder； solid base metal； filler metal
0前言
超聲波為頻率大于20 kHz的聲波。當(dāng)超聲波強(qiáng)度超過一定數(shù)值時(shí)，作為一種能量形式，它可以與傳播介質(zhì)相互作用，改變傳播介質(zhì)的狀態(tài)、性質(zhì)及結(jié)構(gòu)，超聲波的主要作用形式是聲空化和聲流效應(yīng)[1]，利用超聲波在液體釬料中的振蕩，在液態(tài)釬料中產(chǎn)生空化現(xiàn)象，空化泡崩潰后所形成的沖擊波，能夠破壞母材表面的氧化膜，從而實(shí)現(xiàn)釬料與母材的潤濕結(jié)合，即超聲波輔助釬焊。
從上世紀(jì)70年代至今，超聲波輔助釬焊因其具有可以在非真空的條件下不采用釬劑就可實(shí)現(xiàn)釬焊的優(yōu)點(diǎn)，一直被廣泛應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)件和電子元器件的連接中[2-6]。超聲波釬焊最早應(yīng)用于鋁合金的釬焊，發(fā)明目的是為了實(shí)現(xiàn)在大氣條件下無釬劑的釬焊。根據(jù)超聲波的加載方式可以將其分為超聲波激勵(lì)液態(tài)釬料釬焊和超聲波激勵(lì)固態(tài)母材釬焊[7]。
本文主要概述了超聲波激勵(lì)液態(tài)釬料釬焊和超聲波激勵(lì)固態(tài)母材釬焊兩種形式的研究進(jìn)展，并對(duì)后續(xù)超聲波釬焊的研究發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
1超聲波激勵(lì)液態(tài)釬料釬焊
1.1超聲波電烙鐵釬焊
超聲波電烙鐵是最早借助超聲波的物理效應(yīng)進(jìn)行焊接的形式。在20世紀(jì)30年代就開始有學(xué)者對(duì)其進(jìn)行研究。Edison Welding Institute （EWI）[8]對(duì)超聲波電烙鐵釬焊進(jìn)行了研究，認(rèn)為其釬焊原理是當(dāng)超聲波工具頭插入液態(tài)釬料中時(shí)，在超聲工具頭前端會(huì)產(chǎn)生大量的空化氣泡，而空化氣泡向固液界面運(yùn)動(dòng)，其近固液界面處發(fā)生崩潰對(duì)材料的表面產(chǎn)生破壞作用，使得釬料與母材發(fā)生作用從而實(shí)現(xiàn)界面的結(jié)合。Noltingk等[9]研制出了超聲烙鐵設(shè)備，用于鋁合金及其它輕合金金屬表面鍍錫，如圖1所示。
1.2超聲波預(yù)涂覆釬焊
1976年Wendt[10]申請(qǐng)了一項(xiàng)關(guān)于便攜式超聲波輔助釬焊設(shè)備的美國專利，其主要內(nèi)容是將待焊管件表面超聲鍍覆上一層釬料金屬，超聲作用于管件上，管件另一側(cè)浸入熔融的釬料之中，超聲通過管件傳入釬料產(chǎn)生空化效應(yīng)從而破除管件表面的氧化膜。日本的Naka等[11-13]將SiC、A12O3陶瓷浸入超聲波作用下的液態(tài)釬料池中，預(yù)涂覆一層金屬釬料，所用釬料以Zn-Al、Zn-Al-Cu和Zn-Sn為主。然后在超聲波輔助作用下實(shí)現(xiàn)了銅合金與SiC、A12O3陶瓷材料的釬焊連接，如圖2所示。超聲波對(duì)整個(gè)焊接過程的影響主要有：液態(tài)釬料與陶瓷界面處的氣體借助超聲波空化效應(yīng)移除；液體束流沖擊陶瓷表面；陶瓷表面與液體釬料之間存在一定的摩擦作用。正是上述這些影響才使得陶瓷與釬料在超聲波的作用下實(shí)現(xiàn)有效結(jié)合。超聲波作用時(shí)間對(duì)接頭強(qiáng)度影響較大。圖2超聲波預(yù)涂覆A12O3/Cu釬焊
過程及釬焊接頭示意圖[13]
1.3超聲波鹽浴釬焊
1970～1980年間，在空調(diào)熱交換器生產(chǎn)過程中為了節(jié)省成本，常常采用鋁管代替銅管，但是常規(guī)釬焊時(shí)，不可避免地要使用釬劑，焊接后殘留的釬劑難于清理，因此采用超聲鹽浴釬焊來代替常規(guī)釬焊，提高了生產(chǎn)效率和焊接接頭的可靠性。焊接時(shí)將超聲工具頭作用于釬料池上，通過釬料池傳遞到熔融釬料中，同時(shí)在熔融釬料中產(chǎn)生空化效應(yīng)，達(dá)到去除鋁合金基體表面氧化膜的目的。Graff[14]將熱交換器中U形彎管浸入超聲池中進(jìn)行超聲波鹽浴釬焊，Gunkel[5]指出，接頭浸入釬料池中的深度、超聲波時(shí)間、預(yù)熱溫度和釬料化學(xué)成分等對(duì)潤濕結(jié)合均有影響。
1.4高頻激光調(diào)制超聲波釬焊
哈爾濱工業(yè)大學(xué)李明雨等[4]采用超聲波頻率的脈沖激光對(duì)釬料進(jìn)行加熱使其熔化，熔化后的液體釬料球受到高頻的間斷性加熱時(shí)，其表面溫度場(chǎng)發(fā)生交變震蕩，而由于熱脹冷縮的作用，釬料液滴表面溫度的高頻震蕩影響產(chǎn)生高頻的往復(fù)機(jī)械振動(dòng)，該機(jī)械振動(dòng)會(huì)以疏密波的形式傳遞進(jìn)入釬料內(nèi)部，并可在液滴內(nèi)部產(chǎn)生空化效應(yīng)，從而促進(jìn)釬料與母材基板的潤濕結(jié)合。該方法比較適用于電子行業(yè)中電路板封裝的焊接。
2超聲波激勵(lì)固態(tài)母材釬焊
超聲波激勵(lì)固態(tài)母材釬焊是將超聲波振動(dòng)工具頭直接作用待焊位置附近的工件表面，而不與液態(tài)釬料形成直接接觸，超聲波振動(dòng)通過工件傳遞進(jìn)入液態(tài)釬料，利用超聲波效應(yīng)使液態(tài)釬料在工件的表面上發(fā)生鋪展?jié)櫇癫⑴c母材工件形成結(jié)合。
2.1大氣環(huán)境下超聲波激勵(lì)固態(tài)母材釬焊
在大氣環(huán)境下，利用超聲波的去膜效應(yīng)，國內(nèi)外不少專家學(xué)者利用Sn基、Al基、Sn-Al、Sn-Zn等固態(tài)釬料實(shí)現(xiàn)了鋁合金、鋁基復(fù)合材料、鈦合金、陶瓷、鈦合金與鋁合金、陶瓷與鈦合金等材料的超聲波釬焊。
Wielage等[15]采用超聲波釬焊的方法連接了A12O3顆粒增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料，選用Sn作為釬料，如圖3所示，將釬料箔放置于母材間的水平縫隙中并加熱至熔化，垂直于該縫隙面將超聲波振動(dòng)施加于母材上板，并在一定的壓力下完成釬焊連接，作者認(rèn)為空化效應(yīng)和摩擦作用使得母材表面氧化膜去除，實(shí)現(xiàn)了釬料與母材的潤濕結(jié)合。
Nagaoka等[16]采用如圖4所示的超聲波輔助釬焊裝置，并采用Al基釬料實(shí)現(xiàn)了大氣條件下Ti/Ti以及Ti/SS（不銹鋼）的釬焊連接。Al基釬料為Al-2.5Mg-0.3Cr （ 質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%），釬焊溫度為670 ℃，超聲波作用6 s即可實(shí)現(xiàn)完整無缺陷的接頭。
在許志武[17]研究的復(fù)合材料表面氧化膜的去除機(jī)制（潛流輔助破除機(jī)制和直接破除機(jī)制）的基礎(chǔ)上，趙維巍等[18]采用如圖5方式進(jìn)行了Al18B4O33/Al基復(fù)合材料的超聲波輔助釬焊。發(fā)現(xiàn)在超聲波作用下液態(tài)Zn-Al釬料能夠快速地填充整個(gè)釬縫間隙，這是一種非潤濕填縫行為，并認(rèn)為間隙內(nèi)外的聲壓差是導(dǎo)致液態(tài)釬料毛細(xì)填縫的主要驅(qū)動(dòng)力；采用甘油-水混合物代替釬料時(shí)，鋁合金表面被空化效應(yīng)所破壞，深度可達(dá)300 nm，遠(yuǎn)超過氧化膜厚度，因此提出空化破膜為液態(tài)釬料溶解母材表層提供通道。
張洋等[19]采用超聲波輔助毛細(xì)填縫和預(yù)置中間層兩種釬焊方法實(shí)現(xiàn)了高體積分?jǐn)?shù)55vol.%SiCp/A356復(fù)合材料的釬焊連接。發(fā)現(xiàn)與復(fù)合材料基體合金相比，液態(tài)Zn-A1釬料潤濕復(fù)合材料表面SiC顆粒所需超聲波作用時(shí)間相對(duì)較長，且Zn-Al與SiC陶瓷形成電子型結(jié)合界面。當(dāng)適當(dāng)提高焊接溫度并施加超聲波作用足夠長時(shí)，釬料能夠?qū)?fù)合材料基體形成大量溶解，使得SiC顆粒進(jìn)入焊縫，從而形成了SiC顆粒增強(qiáng)的復(fù)合焊縫。
李遠(yuǎn)星等[20]采用Sn-Zn釬料實(shí)現(xiàn)了2024鋁合金的超聲波釬焊連接。發(fā)現(xiàn)與純Sn相比，采用Sn-4Zn釬料的接頭強(qiáng)度可提高4倍以上。采用純Sn的接頭斷裂發(fā)生于界面處，而采用Sn-4Zn的接頭斷裂發(fā)生于釬縫內(nèi)部。在Sn-4Zn/2024A1界面處存在一層非晶過渡層，強(qiáng)化了界面結(jié)合，而非晶層的形成被認(rèn)為是超聲波空化效應(yīng)造成的。
馬志鵬[21]采用直接超聲波釬焊工藝和超聲波預(yù)涂覆釬焊工藝實(shí)現(xiàn)了TC4鈦合金和2A12鋁合金以及55%SiCp/ZL101A鋁基復(fù)合材料的非真空釬焊。釬焊前780 ℃TC4浸純鋁4 min后又在超聲波作用下420 ℃浸釬料2 min。研究發(fā)現(xiàn)浸ZnAl釬料時(shí)界面處形成塊狀的TiAl3化合物；而當(dāng)浸ZnA10.8Si時(shí)，界面處的TiAl3化合物轉(zhuǎn)變?yōu)闂l狀的Ti7A15Si12化合物。研究發(fā)現(xiàn)超聲作用除了能夠去除母材氧化膜，還提高了液態(tài)原子的擴(kuò)散速率，并降低了化合物的反應(yīng)溫度和時(shí)間。
陳曉光[7]采用超聲波釬焊工藝實(shí)現(xiàn)了SiC陶瓷和Ti-6A1-4V鈦合金的釬焊，采用Al-12Si作為釬料，界面結(jié)合良好，但由于接頭殘余應(yīng)力較大，SiC陶瓷內(nèi)部發(fā)生開裂。通過將Sn、Zn、Mg等元素加入A1-12Si釬料中制備了A1-15.5Sn-9.5Si-4.5Zn-0.5Mg釬料，該釬料的凝固溫度降低至186℃，但熔化溫度仍高達(dá)561℃。采用該釬料超聲波釬焊連接SiC和Ti-6A1-4V，界面均實(shí)現(xiàn)了良好結(jié)合，且未發(fā)生SiC陶瓷開裂現(xiàn)象。
魏晶慧[22]采用超聲波釬焊工藝實(shí)現(xiàn)了 Fe36Ni合金與55%SiCp/A356復(fù)合材料異種材料的釬焊。當(dāng)采用ZnA1Si作為釬料，合適工藝為Fe36Ni在下，鋁基復(fù)合材料在上，超聲加載在下板，最高接頭剪切強(qiáng)度可達(dá)到114 MPa，斷裂位置位于Fe36Ni合金側(cè)界面。當(dāng)采用Sn20Zn釬料時(shí)，F(xiàn)e36Ni合金側(cè)界面由自身連接時(shí)的FeZn化合物轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3A12（SiO4）3 ，并且在焊接溫度300～360 ℃，超聲作用1～3 s，保溫時(shí)間0～60 min時(shí)，厚度和形貌不隨工藝參數(shù)的變化而變化。剪切強(qiáng)度穩(wěn)定在75 MPa，斷裂位置位于Fe36Ni側(cè)界面的SnZn釬料中。
2.2超聲波輔助真空釬焊
以上的研究都是針對(duì)大氣環(huán)境下超聲波釬焊的研究，目前國內(nèi)外對(duì)于真空環(huán)境下超聲波輔助釬焊的研究較少，這主要是由于大氣環(huán)境下利用超聲空化作用就可以代替釬劑去除氧化膜，即可實(shí)現(xiàn)接頭性能優(yōu)良的超聲波釬焊，通常無需抽真空，大大降低了制造成本。但大氣環(huán)境下的超聲波釬焊不能在釬焊之前保護(hù)已經(jīng)清潔的表面，也不能降低釬料本身的表面張力，對(duì)于一些抗高溫氧化能力較差的被焊母材和活性釬料，還有一些對(duì)性能要求較高的釬焊產(chǎn)品，在真空環(huán)境下進(jìn)行超聲波釬焊還是有必要的。宋曉國[23]等人采用了超聲波輔助真空釬焊分別對(duì)2014鋁合金和55%SiCp/A356復(fù)合材料進(jìn)行搭接焊接，均實(shí)現(xiàn)了良好的界面結(jié)合，獲得良好的接頭強(qiáng)度。
3結(jié)束語
超聲波釬焊由于其無需釬劑的性能，被廣泛應(yīng)用于電子元器件的焊接中。目前超聲波釬焊的研究主要集中在對(duì)各種材料的焊接接頭力學(xué)性能和微觀組織的研究、氧化膜的破碎機(jī)理的研究，而在超聲波對(duì)于釬料潤濕影響、超聲波釬焊機(jī)理的研究還不多，建議今后對(duì)于超聲波釬焊研究的重點(diǎn)在于：①繼續(xù)新型材料以及新型連接材料的超聲波釬焊焊接工藝研究；②超聲波釬焊機(jī)理研究：釬料的潤濕及鋪展動(dòng)力學(xué)、超聲波在焊件以及釬料中的傳播機(jī)制。
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【關(guān)鍵詞】超聲測(cè)距 AT89C51
近年來，隨著電子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用超聲波精確測(cè)量已成可能。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電子測(cè)量技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，而超聲波測(cè)量精確高，成本低，性能穩(wěn)定則備受青睞。隨著機(jī)器人技術(shù)在其誕生后短短幾十年中的迅猛發(fā)展，它的應(yīng)用范圍也逐步由工業(yè)生產(chǎn)走向人們的生活。機(jī)器人通過其感知系統(tǒng)察覺前方障礙物距離和周圍環(huán)境來實(shí)現(xiàn)繞障、自動(dòng)尋線、測(cè)距等功能。超聲波測(cè)距相對(duì)其他測(cè)距技術(shù)而言成本低廉，測(cè)量精度較高，不受環(huán)境的限制，應(yīng)用方便，將它與紅外、灰度傳感器等結(jié)合共同實(shí)現(xiàn)機(jī)器人尋線和繞障功能。超聲波由于方向性強(qiáng)、衰減緩慢且在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而經(jīng)常用于距離的測(cè)量。主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、測(cè)距儀、物位測(cè)量儀、移動(dòng)機(jī)器人的研制、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等，例如：距離、液位、井深、管道長度、流速等場(chǎng)合。利用超聲波檢測(cè)往往響應(yīng)速度快，且計(jì)算方便、易于實(shí)時(shí)控制，測(cè)量精度也能達(dá)到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的要求，因此在現(xiàn)代控制和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)該方法得到廣泛的應(yīng)用。
1 超聲波測(cè)距的原理
超聲波是指頻率高于20kHZ的機(jī)械波，其頻率較高，波長很短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播，具有優(yōu)異的束射性與方向性。超聲波測(cè)距正是利用此特性，首先測(cè)出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物反射回來所經(jīng)歷的時(shí)間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離。測(cè)距的數(shù)學(xué)公式表示為：
S=C×T
式中S為測(cè)量的距離；C為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度；T為超聲波傳播的時(shí)間（T為發(fā)射到接收時(shí)間數(shù)值的1/2）。
2 誤差分析
由超聲波測(cè)距公式S=C×T，可知測(cè)距的誤差又兩個(gè)因素，其一為超聲波的傳播速度誤差，其二為測(cè)量距離傳播的時(shí)間誤差。
2.1 時(shí)間誤差
如果要求測(cè)距誤差小于1mm，假設(shè)已知超聲波速度C=340m/s （20℃室溫），忽略聲速的傳播誤差。時(shí)間誤差?t≤0.001/340≈0.000029s，即2.9μs。
忽略超聲波傳播速度誤差的前提下，時(shí)間誤差精度只要達(dá)到微秒級(jí)，就能達(dá)到測(cè)距誤差小于1mm的要求。實(shí)際測(cè)量中用12MHz晶體作時(shí)鐘基準(zhǔn)的89C51單片機(jī)定時(shí)器能可靠的計(jì)數(shù)到1μs的精度，即滿足設(shè)計(jì)要求。
2.2 超聲波傳播速度誤差
超聲波的傳播速度與空氣的密度相關(guān)，空氣的密度高則傳播速度就快，而空氣的密度與溫度有著密切的聯(lián)系。根據(jù)實(shí)際測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，超聲波速度與溫度關(guān)系如下：
C≈C0
公式中：T為空氣的絕對(duì)溫度。
C0為零攝氏度時(shí)的聲波傳播速度332m/s； 超聲波測(cè)距過程中就必須把超聲波傳播的環(huán)境溫度考慮進(jìn)去，例如當(dāng)溫度0℃時(shí)超聲波速度是332m/s， 30℃時(shí)是350m/s。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
單片機(jī)控制發(fā)出超聲波，不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差ΔT，然后求出距離S=C.ΔT/2，式中的C為超聲波波速。
首先我們知道AT89C51系列單片機(jī)內(nèi)部是有2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的，那么我們就用這個(gè)計(jì)時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)。并且該系列單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)寄存器，我們可以將從計(jì)時(shí)器獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并寄存在單片機(jī)的寄存器中，利用單片機(jī)軟件編程與預(yù)存的超聲波傳播速度相乘，得出測(cè)量距離通過顯示電路將數(shù)據(jù)顯示出來。超聲波測(cè)距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
單片機(jī)發(fā)出40kHZ的信號(hào)，經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)放大器放大，用比較電路進(jìn)行檢波處理后，啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，測(cè)得時(shí)間為ΔT，等到把數(shù)據(jù)送到單片機(jī)后使用軟件對(duì)超聲波的傳播速度進(jìn)行調(diào)整，使測(cè)量精度能夠達(dá)到要求。再由軟件進(jìn)行判別、計(jì)算，得出距離數(shù)并送LED顯示。用復(fù)位電路重置系統(tǒng)后可進(jìn)行下一次測(cè)試。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷子程序、溫度測(cè)量子程序、距離計(jì)算子程序、顯示子程序、鍵盤掃描處理程序等模塊組成。
5 結(jié)論
該系統(tǒng)整體電路的控制核心為單片機(jī)AT89C51。超聲波發(fā)射和接收電路中都對(duì)相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行整形及放大，以保證測(cè)量結(jié)果盡可能精確。超聲波探頭接口實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)射和接收。等到把數(shù)據(jù)送到單片機(jī)后使用軟件對(duì)超聲波的傳播速度進(jìn)行調(diào)整。整體結(jié)構(gòu)包括超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、放大電路、比較電路、震蕩電路、單片機(jī)電路、鍵盤輸入電路、電源電路、復(fù)位電路、顯示電路等幾部分模塊組成。經(jīng)過設(shè)計(jì)調(diào)試該系統(tǒng)能夠滿足一般近距離測(cè)距的要求，且成本較低、有良好的性價(jià)比。當(dāng)今汽車普及到千家萬戶，倒車?yán)走_(dá)的需求不可謂不大，而本設(shè)計(jì)方法可以廣泛的應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)的測(cè)距中，所以其經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。
限制該系統(tǒng)的最大可測(cè)距離存在4個(gè)因素：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測(cè)距離。為了增加所測(cè)量的覆蓋范圍、減小測(cè)量誤差，可采用多個(gè)超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射/接收的設(shè)計(jì)方法。
【關(guān)鍵詞】超聲波；起落架；測(cè)距
1.簡介航空飛行器
1.1 航空飛行器起落架現(xiàn)狀
目前航空飛行器上的起落架有三種情況，第一種是沒有起落架，比如滑翔機(jī)；第二種是固定的起落架，航模上大多數(shù)起落架就是這種不可收放的；第三種是可以收放的起落架，載人飛行器便是典型代表，這種起落架可以收放，但需要人來控制。在航空航天的領(lǐng)域，起落架對(duì)機(jī)而言，有很重要的意義。起落架能夠承受飛機(jī)在地面停放、滑行、起飛著陸滑跑時(shí)的重力；承受、消耗和吸收飛機(jī)在著陸與地面運(yùn)動(dòng)時(shí)的撞擊和顛簸能量；因此它的工作性能的好壞，直接影響著飛機(jī)的起飛、著陸性能和安全。
1.2 自動(dòng)起落架的意義
由于目前航模上的不可收放起落架，影響外觀，在高速飛行時(shí)，增加飛行阻力，這時(shí)，暴露在外的起落架就嚴(yán)重影響了飛機(jī)的氣動(dòng)性能；而另一種可以收放的起落架，也是需要人來手動(dòng)控制的，當(dāng)飛機(jī)降落遇到突況時(shí)沒人控制的話就不會(huì)打開起落架，從而造成事故。所以，如果能夠制作出一種通過單片機(jī)控制的自動(dòng)收放的起落架，那么無論是運(yùn)用于航空模型上還是真實(shí)的運(yùn)用于小型飛機(jī)中，都可以大大降低危險(xiǎn)事故發(fā)生可能性，保證飛行安全。
1.3 特色及創(chuàng)新性
一種新的收放控制方式，利用超聲波測(cè)距原理技術(shù)，超聲波受環(huán)境干擾小，不會(huì)因?yàn)楣庹盏拳h(huán)境因素改變而受影響，測(cè)距較準(zhǔn)確。運(yùn)用單片機(jī)為核心的自動(dòng)收放系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)起落架收放的自動(dòng)化，該系統(tǒng)成本低廉，運(yùn)行可靠，方便擴(kuò)展。靈活的供電方式，既可接2-6S鋰電，也可直接利用接收機(jī)供電整個(gè)系統(tǒng)電路板體積小巧，節(jié)能，全部采用貼片元件，體積為33mm×35mm，主控芯片能耗低成本低廉，制作簡單。制作簡單，成本低廉，所有元件不超過20個(gè)。可控制多路舵機(jī)，便于擴(kuò)展，如結(jié)合襟翼、副翼等，實(shí)現(xiàn)襟翼、副翼的自動(dòng)控制等。與單片機(jī)結(jié)合，可方便增加其他功能，如安全距離報(bào)警，定高等。
由于超聲波模塊的測(cè)距高度有一定限制，再加上測(cè)距的角度為15°，因此理論計(jì)算出我們的超聲波模適行速度在240.48km/h以內(nèi)的模型飛機(jī)。
2.航空飛行器的硬件結(jié)構(gòu)
2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)
機(jī)械結(jié)構(gòu)自動(dòng)起落架包括三部分：超聲波測(cè)距模塊、控制板、起落架。整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)便是起落架這個(gè)機(jī)械機(jī)構(gòu)，起落架采用成品的可收放起落架加裝兩個(gè)舵機(jī)帶動(dòng)。將起落架和舵機(jī)安裝在合適的位置，讓起落架的輪子可自由縮放便可。
2.2 硬件電路
有了起落架這個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)，當(dāng)然還得有相應(yīng)的控制電路才能實(shí)現(xiàn)起落架的自動(dòng)收放。小于這個(gè)安全距離則改變PWM占空比，控制舵機(jī)打開起落架，否則收起起落架。
3.航空飛行器的軟件部分
3.1 軟件部分相關(guān)介紹
功能：超聲波測(cè)距距離控制舵機(jī)角度
硬件：超聲波起落架控制板 ATmeag8 8MHZ
接口：超聲波發(fā)射 TrigPB1，接收 EchoPB0
舵機(jī)接 PC2、PC3、PC4、PC5
3.2 程序
#include
#include
#define distance 50
//安全值
#define PWM_O DDRC|=（1
//設(shè)為輸出
#define PWM_H PORTC|=（1
//輸出高
#define PWM_L PORTC&=～（1
#define PWM1_O DDRC|=（1
//設(shè)為輸出
#define PWM1_H PORTC|=（1
//輸出高
#define PWM1_L PORTC&=～（1
#define PWM2_O DDRC|=（1
//設(shè)為輸出
#define PWM2_H PORTC|=（1
//輸出高
#define PWM2_L PORTC&=～（1
#define PWM3_O DDRC|=（1
//設(shè)為輸出
#define PWM3_H PORTC|=（1
//輸出高
#define PWM3_L PORTC&=～（1
#define Trig_O DDRB|=（1
//發(fā)送端輸出
#define Echo_I DDRB&=～（1
#define Trig_H PORTB|=（1
//輸出高電平
#define Trig_L PORTB&=～（1
//輸出低電平
unsigned char T=80；
//周期值
unsigned char P=6；
//占空值，6：90°；4：45°；8：135°
unsigned char cishu； //
0.25us 溢出次數(shù)
unsigned int h，l；
//16 位定時(shí)器值高位低位
unsigned int time；
//計(jì)數(shù)值
10
10
float range；
//距離值
unsigned char flag；
//上升沿/下降沿標(biāo)志位
void delay_us（unsigned int x）
//微秒延時(shí)
{
while（x--）
{
asm（"nop"）；
asm（"nop"）；
asm（"nop"）；
asm（"nop"）；
asm（"nop"）；
asm（"nop"）；
asm（"nop"）；
asm（"nop"）；
}
}
void delay_ms（unsigned int time）
//毫秒延時(shí)
{
while（time --）
{
delay_us（500）；
}
}
void Timer1_init（void）
參考文獻(xiàn)
[1]吳運(yùn)昌.模擬電子線路基礎(chǔ)[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2004.
關(guān)鍵詞：微晶；殼聚糖；影響因素；保水性
中圖分類號(hào)：Q 539
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
文章編號(hào)：0367-6358(2007)12-741-03
作者簡介：李(1975-)。女，講師，主要從事化工化理的教學(xué)和殼聚糖的研究工作。
微晶殼聚糖(MCCh)具有特殊的超分子結(jié)構(gòu)，是殼聚糖一種新的存在形式。與一般殼聚糖相℃比，具有保水性能好、成膜性好、生物相容性和抗菌能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域可代替普通殼聚糖，而且還可以在一些普通殼聚糖不能應(yīng)用的領(lǐng)域發(fā)揮作用如制備水凝膠和化妝品等。所以，制備微晶殼聚糖有著重要的意義。制備微晶殼聚糖關(guān)鍵在于降解方法的選擇，常用的降解方法有化學(xué)法和物理法，與化學(xué)法相比，超聲降解方法簡單、成本低、無污染，為低聚殼聚糖在醫(yī)藥、化妝品等方面的應(yīng)用提供理想的實(shí)驗(yàn)材料。本文采用超聲波對(duì)殼聚糖進(jìn)行降解。制備了微晶殼聚糖，并以表征相對(duì)分子質(zhì)量大小的特性粘度為性能指標(biāo)研究了多種因素對(duì)殼聚糖特性粘度的影響。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1試劑與儀器
殼聚糖(脫乙酰度90％，青島金湖甲殼制品有限公司)；冰醋酸，氫氧化鈉，氯化鈉均為分析純；XMT型數(shù)顯超級(jí)恒溫槽(上海天平儀器廠)，多頭磁力加熱攪拌器(國華電器有限公司)，烏氏粘度計(jì)(上海前鋒橡膠玻璃制品廠)，KQ-400KDB型超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)。
1.2微晶殼聚糖的制備
稱取一定量的殼聚糖溶于2.0％(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以下同)HAc溶液中，在25℃下攪拌4 h，濾除不溶物，將濾液超聲降解一定時(shí)間后，再在一定溫度下加熱降解4h，然后用一定質(zhì)量濃度的NaOH溶液中和，析出微晶，調(diào)節(jié)pH值大于8，冷卻抽濾，用蒸餾水洗凈得不溶性殼聚糖，并將產(chǎn)物在常壓下干燥，最后研磨、稱量。
1.3微晶殼聚糖的保水性測(cè)定
將試樣浸泡在過量的蒸餾水中，20 h后用濾布過濾，以4000 r／rain的速度離心10 min，稱量為M1，再在105℃下干燥至恒重，稱量為MO。試樣的水分保留值按下式計(jì)算：
水分保留值(WRV)=(M1-Mo)／Mo*100％
1.4特性粘度的測(cè)定
2 結(jié)果和討論
2.1單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1.1殼聚糖濃度的影響
由表1可看出，殼聚糖濃度很小時(shí)。加入NaOH溶液后，形成細(xì)小的片狀，無沉淀現(xiàn)象，分離比較困難，經(jīng)濟(jì)性不好；濃度太大時(shí)，溶液粘度高，操作不方便，滴入堿液易結(jié)成大塊，不利于=攪拌均勻。因而殼聚糖濃度以1.2％較合適。
2.1.2超聲降解時(shí)間的影響
降解是大分子變成小分子的過程，若降解反應(yīng)中盡可能使分子大小均勻，分子鏈段成有序排列，則可得到高結(jié)晶產(chǎn)品。因此，降解時(shí)間、溫度和降解方式必然會(huì)影響產(chǎn)品的粘度和相對(duì)分子質(zhì)量。由圖1可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，則產(chǎn)品的粘度會(huì)降低從而相對(duì)分子質(zhì)量減小，降解時(shí)間達(dá)到4 h后，相對(duì)分子質(zhì)量減小不顯著。所以，合適的降解時(shí)間為4 h左右。
2.1.3 NaOH溶液濃度的影響
微晶的形成在于最后的中和聚集，晶體的大小形狀也取決于此。本實(shí)驗(yàn)用NaOH溶液中和，當(dāng)溶液的pH值大于8時(shí)，微晶殼聚糖全部析出。NaOH溶液的濃度決定了微晶的絮凝和沉淀速度。即影響了產(chǎn)品的結(jié)晶度和相對(duì)分子質(zhì)量。對(duì)最終pH值，控制在7―8較好；若大于8，下一步洗滌至中性較困難，若小于7，沉淀不完全，殼聚糖的利用率不高。
由圖2可以看出當(dāng)NaOH的濃度高于5％后，殼聚糖的特性粘度減小不明顯，且試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)濃度大的NaOH在滴加過程中不好控制。局部濃度較大，形成大硬塊的殼聚糖鹽，而用5％的NaOH溶液中和。形成的顆粒細(xì)小均勻。故NaOH溶液的最適宜濃度為5％。
2.1.4干燥條件對(duì)微晶殼聚糖產(chǎn)品的影響
干燥溫度對(duì)微晶殼聚糖產(chǎn)品的影響如表2所示。由表2可見，干燥溫度為25℃時(shí)，微晶殼聚糖的顏色為黃白色，隨溫度升高顏色加深，這是由于高溫下發(fā)色基團(tuán)活躍，使微晶殼聚糖的顏色變深的緣故；且隨著溫度升高，分子運(yùn)動(dòng)能量增大，水分子蒸發(fā)加快，干燥速度也加快，分子之間的堆砌緊密，晶粒較大，干燥后樣品硬度增大，很難粉碎。所以，干燥溫度不宜高，在25℃或室溫條件下干燥即可。低溫下大分子運(yùn)動(dòng)能量小，但水分子蒸發(fā)很慢，大分子間有水分子作劑，分子運(yùn)動(dòng)的阻力較小，易結(jié)晶，晶粒較小，因而干燥后樣品硬度小較松脆，但干燥時(shí)間較長。
2.1.5最優(yōu)操作條件
綜合上述各種條件影響的研究結(jié)果，確定最優(yōu)工藝條件為；殼聚糖濃度1.2％、降解時(shí)間為4 h、NaOH的濃度為5％。干燥溫度為25℃。干燥時(shí)間為96 h。
2.2微晶殼聚糖的保水值(WRV)
將原料先聚糖及最優(yōu)條件下得到的微晶殼聚糖粉末過100目進(jìn)行水分保留值測(cè)定。微晶殼聚糖和殼聚糖的WRY分別為194％和98％。微晶殼聚糖的保水值幾乎為殼聚糖的2倍。
2.3產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)表征
在最優(yōu)試驗(yàn)條件下的產(chǎn)品用JEM-100CXⅡ型透射電子顯微鏡(TEM)檢測(cè)結(jié)果如圖3所示，顯示結(jié)晶物為顆粒狀物質(zhì)。粒徑小且分散性好，顆粒平均粒徑在5um左右。
3 結(jié)論
(1)用超聲波降解方法制備出微晶殼聚糖，對(duì)影響殼聚糖相對(duì)分子質(zhì)量大小的因素進(jìn)行了研究，得出了最優(yōu)條件為殼聚糖濃度為1.2％、降解時(shí)間為4 h、NaOH的濃度為5％。
(2)最優(yōu)條件下制備的殼聚糖保水性幾乎為普通殼聚糖的2倍。
(3)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)采用TEM進(jìn)行檢測(cè)，顆粒平均粒徑在5,urn左右。
(2)通過規(guī)律性實(shí)驗(yàn)得到影響產(chǎn)率的各個(gè)因素對(duì)產(chǎn)率的影響規(guī)律與正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同。
關(guān)鍵詞：測(cè)距；超聲波傳感器；STM32； 1602顯示屏
中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）35-0238-02
當(dāng)今社會(huì)測(cè)距是很普遍也很重要的問題，許多場(chǎng)合下需要準(zhǔn)確、迅速、實(shí)時(shí)的測(cè)距。例如盲人在行走的過程中，需要一個(gè)裝置來檢測(cè)前方有無障礙物，在距離障礙物距離過近的時(shí)候必須可以報(bào)警；又如汽車倒車的時(shí)候也需要檢測(cè)車尾與車庫的距離，在危險(xiǎn)距離的時(shí)候可以報(bào)警，使車主可以及時(shí)剎車，避免發(fā)生事故；再如一些的門口也需要測(cè)距的裝置，當(dāng)有人靠近的時(shí)候，會(huì)發(fā)出警報(bào)，使該區(qū)域的安全性得到保障。目前，測(cè)距的方法很多，如紅外檢測(cè)具有造價(jià)低、安全性能好、制作簡單等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是檢測(cè)精度低、實(shí)用性低。由于超聲測(cè)距是一種非接觸式檢測(cè)，其抗干擾能力較強(qiáng)，如光源、氣候?qū)Τ暤母蓴_都比較小，相比于其他的技術(shù)更精確，更安全。同時(shí)，超聲測(cè)距具有少維護(hù)、不污染、高可靠、長壽命等特點(diǎn)。基于這一現(xiàn)狀，本設(shè)計(jì)選用超聲波來檢測(cè)距離。
1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)
針對(duì)上述問題，本出如下的設(shè)計(jì)：先由超聲波傳感器向正前方發(fā)射超聲波，與此同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波沿著前進(jìn)的方向傳播，由于超聲波能感應(yīng)到障礙物，因此傳播過程中碰到障礙物就會(huì)立即朝反方向回傳，這樣超聲波接收器就可以接收到因障礙物而回傳的超聲波，同時(shí)，計(jì)時(shí)停止。超聲波在空氣中的傳播速度v，設(shè)傳播時(shí)間為t，那么單程傳播的為t/2，由距離（s）=速度（v）時(shí)間（t）/2，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離（s）。同時(shí)一方面將距離（s）由顯示屏顯示出來，讓使用者能對(duì)前方有無障礙物一目了然，并且還能掌握障礙物與其的具體距離；另一方面，設(shè)置一個(gè)距離最小值，也成閾值，當(dāng)障礙物的距離小于這個(gè)閾值的時(shí)候，單片機(jī)會(huì)給報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，使報(bào)警器報(bào)警，讓使用者能夠迅速準(zhǔn)確的做出應(yīng)對(duì)措施。超聲波測(cè)距原理如圖1所示。
2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
2.1 硬件器件的x型
本設(shè)計(jì)的傳感器選取的是非接觸式的HC-SR04超聲波測(cè)距模塊，HC-SR04超聲波測(cè)距模塊使用成本低、抗干擾能力強(qiáng)并且準(zhǔn)確性能好。單片機(jī)選取ARM系列最新、最先進(jìn)構(gòu)架的Cortex-M3內(nèi)核的STM32，STM32不僅性能優(yōu)越，而且價(jià)格便宜，所以本設(shè)計(jì)選取它作為主處理器。由于本設(shè)計(jì)的顯示屏只需要顯示距離信號(hào)，所以選取易于控制、成本低的1602顯示屏。
2.2 硬件設(shè)計(jì)
硬件的組成可以分為兩個(gè)部分：第一部分由超聲波傳感器以及STM32處理器組成，為檢測(cè)部分，具體作用為：首先由STM32控制超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波，與此同時(shí)STM32控制定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，由于超聲波是沿著直線傳播，當(dāng)在前方遇見障礙物時(shí)，超聲波會(huì)立即反射回來，當(dāng)超聲波傳感器接收到超聲波的時(shí)候STM32控制計(jì)時(shí)結(jié)束；第二部分由1602顯示屏、報(bào)警電路組成，STM32檢測(cè)計(jì)算出來的距離會(huì)由1602顯示屏顯示出來，當(dāng)距離小于預(yù)先給STM32設(shè)定的閾值時(shí)，STM32會(huì)立即給報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)，使蜂鳴器報(bào)警。報(bào)警部分由蜂鳴器和報(bào)警電路組成，報(bào)警電路如圖3所示。
3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
軟件的設(shè)計(jì)主要是對(duì)STM32的編程，首先初始化串口和定時(shí)器，并且預(yù)先設(shè)置好閾值。接著給連接超聲波傳感器的IO口發(fā)出指令，開始發(fā)射超聲波，并且由STM32控制定時(shí)器開始計(jì)數(shù)；接著實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)超聲波接收器有無信號(hào)的讀取，若有，則說明前方有障礙物，定時(shí)器停止計(jì)數(shù)。取定時(shí)器的計(jì)數(shù)差值，由定時(shí)器計(jì)數(shù)的差值可以計(jì)算出共同的時(shí)間，而單向路程所需的時(shí)間為共同時(shí)間的一半，就可以計(jì)算出障礙物與超聲波傳感器的距離。同時(shí)還要將這個(gè)距離與預(yù)先設(shè)置好的閾值進(jìn)行比較，若距離值小于閾值，則STM32會(huì)給報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)，達(dá)到報(bào)警效果。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
隨機(jī)選取不同的距離、不同材質(zhì)的障礙物進(jìn)行檢測(cè)十次，每當(dāng)達(dá)到檢測(cè)范圍的時(shí)候，顯示屏每次都能準(zhǔn)確的顯示出障礙物的距離，并且當(dāng)過度靠近障礙物的時(shí)候，蜂鳴器每次都會(huì)發(fā)出報(bào)警。結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)測(cè)距和報(bào)警的目的，滿足當(dāng)前市場(chǎng)的要求，同時(shí)制作簡易，具有很好的發(fā)展和使用前景。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：AT89S51單片機(jī) SRF08模塊 超聲波 測(cè)距儀
中圖分類號(hào)：TP274.53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2014）02-0165-02
隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，汽車逐步進(jìn)入到普通家庭，汽車中的各種電子設(shè)備越來越方便化和人性化，這其中倒車?yán)走_(dá)是保證汽車安全性能的一個(gè)重要電子模塊。現(xiàn)在市場(chǎng)上所使用的倒車?yán)走_(dá)其實(shí)就是一種常見的超聲波測(cè)距儀，駕駛者在倒車時(shí)，啟動(dòng)倒車?yán)走_(dá)，在單片機(jī)的控制下，有裝在車尾的超聲波探頭發(fā)射超聲波，當(dāng)遇到車后有障礙物時(shí)，產(chǎn)生回波信號(hào)，超聲波接收頭接收到回波信號(hào)后經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過計(jì)算時(shí)間差就可以測(cè)量出兩者之間相隔的距離。同時(shí)，還可以通過顯示模塊或發(fā)聲模塊向外輸出信號(hào)，提示駕駛者后方障礙物的距離，使其對(duì)倒車動(dòng)作有個(gè)預(yù)先判斷。由此可以看出超聲波測(cè)距是當(dāng)前非常流行的一種非接觸式的測(cè)距方式，其測(cè)距方式不易受外界影響，更適宜在有強(qiáng)電磁波、灰塵或煙霧的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)量，而且對(duì)于一些透明的物體更有其優(yōu)越性。相比于激光測(cè)距和微波測(cè)距，超聲波的測(cè)量精度不是很精密，但其硬件電路容易實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，在一些倒車?yán)走_(dá)，流量測(cè)量，液面監(jiān)控，物體變形檢測(cè)等方面還是有廣泛的應(yīng)用。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)思路
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用AT89S51單片機(jī)作為核心控制芯片，使用SRF08型超聲波測(cè)距模塊對(duì)障礙物位置進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)到障礙物距離超聲波模塊小于5米時(shí)，系統(tǒng)指示燈亮起，并發(fā)出單次提示音；當(dāng)障礙物繼續(xù)靠近，距離超聲波模塊小于3米時(shí)，系統(tǒng)的蜂鳴器開始發(fā)出間隔不同的連續(xù)報(bào)警音，距離越近報(bào)警音的間隔越小，直到報(bào)警音成為長音報(bào)警聲。在發(fā)出報(bào)警聲的同時(shí)，通過液晶顯示器顯示當(dāng)前的距離，方便使用者有一個(gè)量化的數(shù)據(jù)。
1.1 超聲波測(cè)距技術(shù)介紹
超聲波是指振動(dòng)頻率大于20KHz以上的聲波，由于其振動(dòng)的頻率非常高，超過了人耳聽覺的頻率范圍，因此人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲波具有聚束、定向及反射、透射等特性，利用超聲波的這些特性以及與物體作用產(chǎn)生的各種效用而設(shè)計(jì)的傳感器叫做超聲波傳感器，由于其檢測(cè)方便、迅速，計(jì)算方法簡單且精度較高，所以經(jīng)常在使用在距離測(cè)量方面。
超聲波傳感器根據(jù)原理不同可以分為壓電式、電磁式和磁致伸縮式等。其中，壓電式超聲波傳感器使用最為常見，它是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理制作而成，既可以作為發(fā)射器也可以作為接收器使用。壓電式超聲波傳感器是由壓電晶片、吸收塊、保護(hù)膜、引線等組成。當(dāng)作為發(fā)射器時(shí)，給傳感器兩級(jí)加上一個(gè)頻率等于壓電晶片固有振蕩頻率的脈沖信號(hào)時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生振動(dòng)，繼而向外發(fā)出超聲波；當(dāng)作為接收器時(shí)，傳感器兩級(jí)不加電壓，當(dāng)其接收到超聲波時(shí)，壓電晶片隨之振動(dòng)，并將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。超聲波模塊測(cè)距原理是根據(jù)發(fā)出超聲波后到檢測(cè)到回波信號(hào)的時(shí)間t來計(jì)算傳感器和障礙物的距離，由于已知聲波的速度，其計(jì)算公式如下：距離=340*t/2。
1.2 SRF08型超聲波測(cè)距模塊簡介
SRF08型超聲波測(cè)距模塊采用I2C總線接口設(shè)計(jì)，可以與多種單片機(jī)配合使用，其使用方便，操作方法完全按照I2C總線協(xié)議來處理。SRF08型超聲波測(cè)距模塊的工作特性如下：工作電壓為+5V；工作電流最大為50mA，典型值為30mA；工作頻率為40KHz，距離范圍為3cm―6m；探測(cè)半徑大于2m時(shí)，敏感度為3cm；當(dāng)輸入10us的TTL脈沖信號(hào)時(shí)，將產(chǎn)生超聲波信號(hào)；回波脈沖也是TTL電平信號(hào)；可以設(shè)置為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式。由兩個(gè)超聲波探頭和基礎(chǔ)板組成，其中引出5個(gè)引腳與外界通信與控制，這5個(gè)引腳分別是VCC，SDA，SCL，NC，GND。SRF08型超聲波測(cè)距模塊可以設(shè)置為測(cè)距模式和ANN模式兩種工作模式，本文主要介紹測(cè)距模式。在測(cè)距模式下，每向命令寄存器寫入一次命令就會(huì)啟動(dòng)一次測(cè)距，同時(shí)清除回波記錄緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，測(cè)量得到的結(jié)果按照順序以2個(gè)字節(jié)為單位依次存入寄存器中。如果要修改SRF08型超聲波測(cè)距模塊地址，則需要向I2C總線上的地址依次寫入0xA0，0xA5，0xAA，之后再寫入修改地址。
2 硬件電路設(shè)計(jì)
超聲波測(cè)距儀的硬件設(shè)計(jì)主要是以AT89S51單片機(jī)為核心，并配有復(fù)位電路和時(shí)鐘電路，主要電路模塊包括：測(cè)距模塊，顯示模塊，按鍵模塊，發(fā)聲模塊。由于SRF08型超聲波測(cè)距模塊采用I2C總線協(xié)議，與單片機(jī)通信只需要SDA和SCL兩根通信線，硬件連接相對(duì)比較簡單。顯示模塊采用LCD液晶顯示，P0口連接8根數(shù)據(jù)引腳，P2口的三根引腳連接控制引腳，其它外部設(shè)備例如蜂鳴器、LED指示燈、按鍵等通過三極管或電阻直接與單片機(jī)IO引腳連接即可。硬件原理圖如圖1所示。
3 軟件程序設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的單片機(jī)內(nèi)部程序主要是實(shí)現(xiàn)從SRF08型超聲波測(cè)距模塊中讀取距離信息，之后進(jìn)入到單片機(jī)內(nèi)部處理，并通過LCD顯示出來，這當(dāng)中還與程序中的設(shè)定值進(jìn)行比較，控制指示燈和蜂鳴器發(fā)出光信號(hào)和聲音報(bào)警。整個(gè)程序分為主程序，超聲波測(cè)距子程序，顯示子程序，延時(shí)函數(shù)等。主程序流程圖如圖2所示。
4 結(jié)語
本文給出了一種采用SRF08型超聲波測(cè)距模塊設(shè)計(jì)并制作超聲波測(cè)距儀的方法。利用測(cè)距模塊測(cè)量距離并通過I2C總線協(xié)議輸出距離信息，這種集成模塊的使用符合現(xiàn)今電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主流，具有硬件設(shè)計(jì)簡單，軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)容易等特點(diǎn)，具有一定的推廣價(jià)值。對(duì)于后期的功能擴(kuò)展，可以增加存儲(chǔ)功能和語音播報(bào)功能，使超聲波測(cè)距儀的功能更加完善。
參考文獻(xiàn)
[1]明鑫.基于單片機(jī)的超聲波傳感器設(shè)計(jì)[J].科技信息，2014（1）：77，78.
關(guān)鍵詞：荸薺；多糖；超聲波輔助提取
中圖分類號(hào)：TQ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914x（2014）08-01-01
荸薺在中國長江流域以南各省均有栽培[1]。荸薺汁多味甜，自古有“地下雪梨”和“江南人參”的美譽(yù)，營養(yǎng)豐富。據(jù)測(cè)定，每100克荸薺鮮品中，含碳水化合物21.8 g，蛋白質(zhì)1.5 g，脂肪0.1 g，粗纖維0.5 g，鈣5 mg，磷68 mg，鐵0.5 mg，胡 蘿卜素0.01 mg，VB 10.04 mg，VB2 0.02 mg，VC 3 mg[2]。此外，還有很好的醫(yī)療保健效果，根據(jù)《中藥大辭典》記載：荸薺性味甘、微寒、無毒，有溫中益氣，清熱開胃，消食化痰之功效[3]。目前，荸薺作為一種藥食兼用的果蔬類食品深受大眾的喜愛[4]。
迄今為止有關(guān)荸薺多糖的研究鮮有報(bào)道。近年來，超聲波技術(shù)應(yīng)用廣泛，它可極大地提高提取效率，節(jié)約溶劑，避免高溫對(duì)提取成分的影響，與常規(guī)提取法相比，具有提取高效、節(jié)能、省時(shí)等優(yōu)點(diǎn)。因此，本實(shí)驗(yàn)采用超聲波技術(shù)提取荸薺多糖，研究結(jié)果可為荸薺的精深加工和多糖類藥物的開發(fā)等提供參考。
1 方法
荸薺（Eleocharis dulcis），市售。取荸薺去皮，冼凈，切成小塊，用組織搗碎機(jī)搗碎成荸薺泥（根據(jù)GB T 5497-85，抽樣檢測(cè)樣品中水分含量為85.56%）備用。荸薺再進(jìn)行多糖的提取（α-淀粉酶消化，濃縮，再消化，離心去沉淀）以及多糖的純化（去蛋白，冷凍干燥）。
1.2 超聲波輔助提取荸薺多糖單因素試驗(yàn)
1.2. 1 超聲波功率對(duì)荸薺多糖得率的影響的測(cè)定 稱取相同質(zhì)量（10g）的荸薺泥10份，各加入15倍量的雙蒸餾水，分別用200、250、300、350、400 W功率的超聲波在50℃下處理20 min，再用80%乙醇醇析，考察超聲波功率對(duì)多糖得率的影響。每個(gè)試驗(yàn)組設(shè)1個(gè)平行組，計(jì)算多糖的得率，結(jié)果取平均值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超聲波功率在200～300w時(shí)，隨著超聲功率的增大，多糖得率上升。超聲波功率在300～400w時(shí)，隨著超聲功率的增大，多糖得率逐漸下降。因此，提取荸薺多糖的最佳超聲功率是300W。
1.2. 2 料液比對(duì)荸薺多糖得率的影響的測(cè)定 稱取相同質(zhì)量（10g）的荸薺泥10份，分別加入5、10、15、20、25倍量的蒸餾水，以300 W功率的超聲波在50℃下處理20 min，再用80%乙醇醇析，考察料液比對(duì)多糖得率的影響。每個(gè)試驗(yàn)組設(shè)1個(gè)平行組，計(jì)算多糖的得率，結(jié)果取平均值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：料液比為 1：10時(shí)，多糖得率最高。
1.2. 3 提取溫度對(duì)荸薺多糖得率的影響的測(cè)定 稱取相同質(zhì)量（10g）的荸薺泥10份，各加入15倍量的蒸餾水，以300 W功率的超聲波分別在30、40、50、60、70℃下處理20 min，再用80%乙醇醇析，考察提取溫度對(duì)多糖得率的影響。每個(gè)試驗(yàn)組設(shè)1個(gè)平行組，計(jì)算多糖的得率，結(jié)果取平均值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果在30～50℃時(shí)，荸薺多糖得率隨溫度的上升而上升。在50～70℃時(shí)，荸薺多糖得率隨溫度的上升而下降。這可能是溫度過高，引起了多糖的降解。因此，在本實(shí)驗(yàn)條件下50℃為適宜的提取溫度。
1.2. 4 超聲處理時(shí)間對(duì)荸薺多糖得率的影響的測(cè)定 稱取相同質(zhì)量（10g）的荸薺泥10份，各加入15倍量的蒸餾水，以300 W功率的超聲波在50℃下分別處理10、15、20、25、30 min，再用80%乙醇醇析，考察超聲處理時(shí)間對(duì)多糖得率的影響。每個(gè)試驗(yàn)組設(shè)1個(gè)平行組，計(jì)算多糖的得率，結(jié)果取平均值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，處理時(shí)間小于20 min時(shí)，隨著時(shí)間的增加多糖得率緩慢增加。處理時(shí)間在20～25min時(shí)，多糖得率顯著增大，因此，超聲波處理時(shí)間為25min適宜。
2結(jié)論
本研究結(jié)果表明，在本實(shí)驗(yàn)條件下，在影響荸薺多糖得率的4個(gè)主要因素中，料液比影響最顯著，其次為處理溫度，再次為超聲波功率，接下來為超聲時(shí)間，最后為乙醇濃度。荸薺多糖超聲提取法提取的最佳工藝條件為：處理溫度50℃，料液比1∶10，超聲時(shí)間25min，超聲功率300W。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：超聲波 介質(zhì) 能量 衰減
中圖分類號(hào)：TE254 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）10（b）-0116-02
1 壓電陶瓷換能器
壓電陶瓷換能器由壓電陶瓷片和兩種金屬組成，在一定的溫度下經(jīng)極化處理后，具有壓電效應(yīng)。當(dāng)發(fā)射端的壓電陶瓷固有頻率等于信號(hào)發(fā)生器的發(fā)射頻率時(shí)，將產(chǎn)生共振，發(fā)射端產(chǎn)生超聲波。并且向前傳播。當(dāng)超聲波傳到接收端時(shí)，壓電陶瓷也將產(chǎn)生共振，在經(jīng)過轉(zhuǎn)化電路把壓電陶瓷的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳給示波器，可以將信號(hào)發(fā)生器的脈沖信號(hào)表示成： （1）
當(dāng)壓電陶瓷換能器發(fā)射端的超聲波經(jīng)過介質(zhì)傳到接收器，并且發(fā)射器探頭與接收器探頭平行時(shí)，在接收器與發(fā)射器之間，入射波與反射波相干疊加，當(dāng)放入介質(zhì)的時(shí)候峰-峰值會(huì)隨著探頭的距離變化而發(fā)生變化。
2 利用極大值法測(cè)量
2.1 超聲波在紙張里的能量衰減
測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示（表格中的d1為紙張的厚度0.04 mm/層；Vp-p為電壓峰峰值）。
根據(jù)表1數(shù)據(jù)超聲波在紙張中的能量衰減曲線如圖1所示。
2.2 超聲波在布料里的能量衰減
測(cè)量數(shù)據(jù)如表2所示（表格中的d2為布料的厚度0.041 mm/層；Vp-p為電壓峰峰值）。
根據(jù)表2數(shù)據(jù)，得出超聲波在布料中的能量衰減曲線如圖2所示。
3 超聲波在介質(zhì)中傳播能量損失的原因分析
通過對(duì)超聲波能量在介質(zhì)中的損失研究表明，損失主要由以下幾個(gè)原因造成。
3.1 吸收損耗
由于超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)介質(zhì)非理想，不均勻，使物質(zhì)內(nèi)部的分子之間相互運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致超聲波能量被介質(zhì)吸收而轉(zhuǎn)化為熱能。超聲波的能量衰減程度會(huì)隨著物質(zhì)的致密性增加而增加。
3.2 擴(kuò)散損耗
超聲波在傳輸過程中波陣面不斷擴(kuò)大，造成單位面積上的能量減小，波陣面上的平均功率密度減小，表現(xiàn)為聲強(qiáng)的衰減，所以超聲波的能量隨著超聲波在物質(zhì)中的傳播距離的增加而減弱。隨著距離的衰減而加強(qiáng)。
3.3 散射損耗
超聲波在傳播過程中，遇到不同介質(zhì)時(shí)，將發(fā)生散射，從而損失超聲波的能量，散射主要發(fā)生在介質(zhì)的粗大晶粒表面。由于晶粒排列不規(guī)則，在傾斜的界面上發(fā)生反射、折射等，導(dǎo)致能量損耗。
4 超聲波在紙張和布料不同介質(zhì)中的能量衰減對(duì)比圖
圖3中測(cè)量點(diǎn)為“”表示紙張圖線，對(duì)超聲波的衰減特別大，有一層紙（紙張厚度d1=0.040 mm/層）已經(jīng)將同樣大小的超聲波，差不多已損失殆盡，而另一測(cè)量點(diǎn)為“■”圖線表示的是布料（布料厚度d2=0.041 mm/層），則衰減比較緩慢，隨著厚度的增加，兩種介質(zhì)對(duì)超聲波的衰減趨勢(shì)將變得緩慢。
在研究中通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)超聲波在不同的介質(zhì)中能量的衰減變化不相同，超聲波會(huì)隨著材料的材質(zhì)，還有物質(zhì)的厚度發(fā)生變化，并且會(huì)有超聲波次極大值的出現(xiàn)，在超聲波測(cè)量當(dāng)中要嚴(yán)格地把握材料的相似性。有些沒有辦法避免的因素，應(yīng)該用控制變量的方法，得出每一個(gè)影響超聲波能量的因素。
超聲波在介質(zhì)傳播過程中，伴隨著介質(zhì)形變、壓縮、溫度升高等一些現(xiàn)象，并且在介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)摩擦，使得超聲波的能量減弱，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，超聲波在不同的物質(zhì)中，它的衰減程度不相同，在均勻致密的物質(zhì)衰減的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在不均勻稀疏的物質(zhì)，這其中吸收損耗占主要作用，但是隨著介質(zhì)厚度的增加，能量衰減曲線的變化變得非常緩慢，這時(shí)起主要作用的是擴(kuò)散損耗，當(dāng)介質(zhì)的厚度到達(dá)一定程度，能量曲線就變得很微弱了，散射損耗的損失就加大了，占了損耗的大部分。所以超聲波在介質(zhì)中的能量損失是有幾種損失共同作用的結(jié)果，隨著材料的不同、結(jié)構(gòu)的不同，發(fā)生著變化。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】超聲波探傷；無損檢測(cè)系統(tǒng)；焊縫
0 前言
超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)是無損檢測(cè)中的一項(xiàng)較為傳統(tǒng)的檢測(cè)方法。發(fā)展至今，超聲波檢測(cè)技術(shù)水平和手段都發(fā)展得較為成熟。國內(nèi)外專家、學(xué)者對(duì)該領(lǐng)域的研究工作從未停歇，隨著多種質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)的不斷完善，超聲波探傷檢測(cè)也必然面臨著技術(shù)改革。在對(duì)于機(jī)械生產(chǎn)中焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)的過程中，應(yīng)用超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行質(zhì)檢具有其獨(dú)特的意義。在研讀大量專家的著作后，筆者對(duì)于該內(nèi)容的研究也有一定的看法，以期能將其中較為有益的研究成果應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。
1 超聲波探傷檢測(cè)系統(tǒng)概述
無損檢測(cè)技術(shù)一般是指在不損傷被測(cè)物體的基礎(chǔ)上，將該物體表面及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中存在的缺陷檢測(cè)出來，提示給操作人員進(jìn)行修正。在檢測(cè)過程中，不僅要對(duì)電、磁、熱等外界環(huán)境對(duì)物體性質(zhì)的影響檢測(cè)出來，還要對(duì)該物體本身存在缺陷或潛在問題的性質(zhì)、狀況、位置等各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)明確的顯示出來，輔助工作人員做出精準(zhǔn)的判別[1]。超聲波探傷檢測(cè)系統(tǒng)屬于無損檢測(cè)技術(shù)的一個(gè)技術(shù)分支，并且通過長期實(shí)踐應(yīng)用，該技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)檢環(huán)節(jié)中一項(xiàng)不可或缺的重要技術(shù)支撐。
1.1 超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)的特性
在無損超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)與磁粉檢測(cè)技術(shù)、射線檢測(cè)技術(shù)等相比，具有檢測(cè)對(duì)象范圍廣、檢測(cè)深度大等特點(diǎn)；與微波檢測(cè)技術(shù)、紅外檢測(cè)技術(shù)相比具有定位更準(zhǔn)確、靈敏度更高、對(duì)人體無害等特點(diǎn)[2]。總之，超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)是目前國內(nèi)外應(yīng)用范圍最廣的無損檢測(cè)技術(shù)。超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)在工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條中起到了重要的支撐作用。
1.2 超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用
隨著工業(yè)生產(chǎn)過程中對(duì)于檢測(cè)效率和機(jī)械設(shè)備可靠性的要求不斷提高，超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)的實(shí)施過程更加快捷。該技術(shù)應(yīng)用與工業(yè)焊縫質(zhì)量的檢測(cè)環(huán)節(jié)中，能夠較快速的將焊縫的缺陷呈現(xiàn)出來，而且顯示內(nèi)容更為直觀，顯示位置更為精準(zhǔn)。同時(shí)，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)τ跈C(jī)械設(shè)備缺陷的定量定性分析與研究也隨之發(fā)展，從而促進(jìn)超聲波探傷檢測(cè)焊縫質(zhì)量過程的進(jìn)一步完善。
2 關(guān)于應(yīng)用超聲波探傷檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)焊縫的研究
國內(nèi)外專家、學(xué)者對(duì)于無損檢測(cè)技術(shù)的研究與實(shí)踐的內(nèi)容都較為豐富，對(duì)于實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)起到了重要的指導(dǎo)作用。其中，超聲波探傷檢測(cè)焊縫質(zhì)量的工作原理通過具體的工序環(huán)節(jié)內(nèi)容可以很明顯的呈現(xiàn)出來。并且，通過一系列具體的模擬實(shí)驗(yàn)過程，探究到超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)的未來發(fā)展方向，如果加以改良，將對(duì)實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域帶來幫助，提升該技術(shù)系統(tǒng)的自動(dòng)化處理水平。
2.1 超聲波探傷檢系統(tǒng)的工作原理
超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)用于焊縫質(zhì)量檢測(cè)的過程中的工作機(jī)理分為三個(gè)主要步驟：首先，由超聲波發(fā)射電路所產(chǎn)生的高壓負(fù)荷脈沖激發(fā)機(jī)械探頭所產(chǎn)生的超聲波；其次，由設(shè)備內(nèi)部的發(fā)射電路所發(fā)射的超聲波在焊縫的表面產(chǎn)生一定的反射波，該波段能夠在一定程度上將監(jiān)測(cè)內(nèi)容呈現(xiàn)出來；最后，將接收到的反射波進(jìn)行前置調(diào)理以后，使得超聲波信號(hào)在自身系統(tǒng)的告訴采集模塊中進(jìn)行分析，并且將模擬信號(hào)束縛到超聲波的檢測(cè)范圍之內(nèi)。另外，通過超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)的運(yùn)行，將高速模塊與數(shù)據(jù)模塊中的信息進(jìn)行存儲(chǔ)，將分析處理之后的數(shù)字量傳導(dǎo)給該系統(tǒng)的顯示屏中，從而實(shí)現(xiàn)超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)的分析與處理過程[3]。該技術(shù)的應(yīng)用，提高了工業(yè)制造環(huán)節(jié)中各類焊縫焊接的生產(chǎn)質(zhì)量。
2.2 超聲波探傷檢測(cè)焊縫的發(fā)展趨勢(shì)研究
為了進(jìn)一步研究超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)在焊縫質(zhì)量檢測(cè)工作中的實(shí)際應(yīng)用狀況，筆者采取了一系列的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。在保證工作正常進(jìn)行的前提下，探究如何提高超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)的實(shí)效性，以便于更好的應(yīng)用于實(shí)際的焊縫質(zhì)量檢測(cè)工作中。
在實(shí)驗(yàn)中，筆者采用在生產(chǎn)生普遍存在的焊接面，利用超聲波信號(hào)的單晶直探頭作為數(shù)據(jù)信息的發(fā)射與接收端。接下來，針對(duì)接收端所接收到的超聲波信號(hào)作為模擬采集信號(hào)，并將其輸入到超聲檢測(cè)系統(tǒng)的模塊之中。在經(jīng)過對(duì)輸入信號(hào)的處理之后，對(duì)數(shù)據(jù)信息和分析處理結(jié)果進(jìn)行整合，最后在該系統(tǒng)的顯示屏觀測(cè)波形顯示的結(jié)果。系統(tǒng)計(jì)算模塊對(duì)于焊縫缺陷的定位、定性以及定量都能起到很好的輔助作用[4]。
通過對(duì)超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用在焊縫質(zhì)量檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)過程的分析，令該技術(shù)的各項(xiàng)環(huán)節(jié)更為細(xì)致化的呈現(xiàn)出來。究其運(yùn)作機(jī)理可以得知，如果能將更新的信息技術(shù)手段與之相融合，可使該項(xiàng)技術(shù)得到進(jìn)一步的升級(jí)，實(shí)際的檢測(cè)工作效果會(huì)更加明顯。在現(xiàn)代化的社會(huì)生產(chǎn)環(huán)境中，人們的工作和生活都離不開網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的應(yīng)用[5]。基于此，我國當(dāng)前的超聲波檢測(cè)焊縫質(zhì)量的過程，需要緊跟世界發(fā)達(dá)國家的超聲波檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展潮流，將該技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的完善，提升該技術(shù)系統(tǒng)的運(yùn)作效能。而且，焊接質(zhì)量的好壞將直接影響到整個(gè)生產(chǎn)過程或工程的質(zhì)量，管道焊接質(zhì)量的優(yōu)劣依賴于無損檢測(cè)技術(shù)。隨著邊緣技術(shù)的革新，將此項(xiàng)技術(shù)的研究方向與時(shí)代信息技術(shù)的發(fā)展相結(jié)合，已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢(shì)。這就需要相關(guān)技術(shù)人員與國家科研人員著力開發(fā)數(shù)字化與智能化的技術(shù)平臺(tái)，加強(qiáng)超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)本身的自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)，令焊縫質(zhì)量的檢測(cè)結(jié)果更加精準(zhǔn)。
3 結(jié)束語
通過系統(tǒng)的研究與分析，并結(jié)合大量專家學(xué)者對(duì)超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)的研究，對(duì)無損檢測(cè)中的超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)的探究有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。該技術(shù)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性與可靠性等特點(diǎn)，在對(duì)于焊接質(zhì)量的檢測(cè)工作中，利用該技術(shù)手段，可以避免相當(dāng)一部分生產(chǎn)事故的發(fā)生，從而令生產(chǎn)環(huán)節(jié)更加安全，保證我國工業(yè)生產(chǎn)鏈條的有序運(yùn)行。
【參考文獻(xiàn)】
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關(guān)鍵詞：超聲波、磨削、振動(dòng)、加工材料
1 超聲波磨削加工的專利概況
（1）按照申請(qǐng)和公開的年份進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析
圖2-1可以看出，在國內(nèi)1990以前，專利涉及超聲磨削加工的比較少，我國超聲波磨削加工起步比較晚，1990-2005年，經(jīng)歷了初步發(fā)展期，理論初步形成，2005-至今，技術(shù)發(fā)展比較迅速，高校和企業(yè)的專利申請(qǐng)比較活躍，說明超聲波磨削加工技術(shù)逐漸成熟，在加工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。國外超聲波磨削加工起步比較早，在1975年有專利申請(qǐng)，申請(qǐng)量也是逐步增加，其中1975-1990年，申請(qǐng)量一直處于小幅的增長過程中，處于初步發(fā)展階段；在1990-2000年，經(jīng)歷了快速發(fā)展階段，申請(qǐng)量增長量比較快，技術(shù)發(fā)展比較成熟；2000至今，處于緩慢增加，申請(qǐng)量維持較高水平。
圖1-1 超聲波磨削加工的國內(nèi)外專利申請(qǐng)量趨勢(shì)
2 超聲波磨削加工技術(shù)發(fā)展
超聲波磨削加工裝置的發(fā)展主要體現(xiàn)在超聲波加工技術(shù)的應(yīng)用和改進(jìn)。加工材料主要包括工程陶瓷、石英、光學(xué)玻璃、單晶硅、寶石、硬質(zhì)合金、復(fù)合材料等硬脆性材料，S著材料的廣泛應(yīng)用，也促進(jìn)了超聲波磨削加工的快速發(fā)展。隨著超聲波加工技術(shù)的發(fā)展，以及加工材料精度高，超聲波磨削技術(shù)逐漸與其他表面加工方式結(jié)合對(duì)工件進(jìn)行加工，如電化學(xué)加工、電解研磨[1]。
3 結(jié)語
本文通過對(duì)超聲波磨削加工的專利申請(qǐng)的分析，概覽了該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)的總體情況，分別從年度走勢(shì)、申請(qǐng)人情況、發(fā)展趨勢(shì)等方面進(jìn)行分析。通過分析可知，近年基于超聲波磨削加工領(lǐng)域的專利申請(qǐng)迅速增多，申請(qǐng)人在該領(lǐng)域?qū)＠季种饾u加強(qiáng)，但國內(nèi)申請(qǐng)人重要集中在高校；針對(duì)目前這種情況，企業(yè)應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)專利的認(rèn)識(shí)，研究基于超聲波磨削加工領(lǐng)域中出現(xiàn)的新技術(shù)和新方向，引導(dǎo)各企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)積極研發(fā)核心技術(shù)并促進(jìn)專利成果轉(zhuǎn)化。
關(guān)鍵詞：類球紅細(xì)菌；輔酶Q10；單位細(xì)胞產(chǎn)量
中圖分類號(hào) Q939.97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2014）06-23-03
輔酶Q10，又稱癸烯醌、泛醌（商品名：Coenzyme Q10，簡稱CoQ10），是一種存在于革蘭氏陰性細(xì)菌、植物細(xì)胞和動(dòng)物肝臟中的脂溶性醌類化合物，是細(xì)胞呼吸傳遞鏈上的重要遞氫體[1]。輔酶Q10作為一種生理活性物質(zhì)，具有保健、改善作用，因此被廣泛應(yīng)用于藥業(yè)、化妝和食品產(chǎn)業(yè)[2]。輔酶Q10參與細(xì)胞的代謝活動(dòng)，并且可以用來治療心臟病、高膽固醇、高血壓、老年癡呆癥、帕金森癥等疾病[3]。
目前制備生產(chǎn)輔酶Q10的方法有微生物發(fā)酵法、化學(xué)合成法和動(dòng)植物組織提取法[4]，其中微生物發(fā)酵法被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的[5-7]，輔酶Q10存在菌體細(xì)胞線粒體內(nèi)膜上，屬于細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物。所以輔酶Q10的提取和檢測(cè)首先涉及到如何充分地破壞細(xì)胞使其細(xì)胞內(nèi)的輔酶Q10盡量的釋放出來而被檢測(cè)。而輔酶Q10的側(cè)鏈存在著不飽和雙鍵，使輔酶Q10的在提取過程中容易受到氧化劑、紫外線等因素的影響，這是由于輔酶Q10的側(cè)鏈存在著不飽和雙鍵易受到這些因素影響而發(fā)生氧化和加成反應(yīng)，使其散失原有的生物活性，甚至?xí)纬蓪?duì)人體有害的物質(zhì)，因此研究提取因素對(duì)輔酶Q10的影響具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
為了能夠得到和檢測(cè)輔酶Q10，首先必須對(duì)菌體進(jìn)行破壁，使其體內(nèi)輔酶Q10能夠釋放出來，而常見的細(xì)胞破壁方法有非機(jī)械法和機(jī)械法，本研究選擇了機(jī)械法中的超聲波破壁法，對(duì)超聲波輸出功率、每次輻射時(shí)間、工作總時(shí)間和菌液濃度條件進(jìn)行了優(yōu)化，以確定輔酶Q10的最佳提取條件。
1 材料與方法
1.1 材料 菌株 Rhodobacter sphaeroate EIM，由福建師范大學(xué)工業(yè)微生物教育部工程研究中心保藏。
1.2 主要試劑和儀器 無水乙醇、電熱恒溫水浴鍋（DK-80）、超聲波破碎儀（BIOMETRA）、高速冷凍離心機(jī)（AllegraTMX-22R Centrifuge）、超高效液相色譜儀（Acquity UPLC）等。
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
1.3.1 發(fā)酵液的預(yù)處理 輔酶Q10是類維生素脂溶性物質(zhì)，且屬于胞內(nèi)產(chǎn)物，因此提取輔酶Q10包括以下2步：進(jìn)行細(xì)胞的破碎和輔酶Q10的溶解分離。取5mL發(fā)酵液在8 000r/min的條件下離心10min，棄去上清液，無水乙醇洗滌1～2次，并用無水乙醇制成懸濁液，定容至20mL，利用超聲波破碎儀進(jìn)行破碎細(xì)胞。
1.3.2 菌體干重的測(cè)定 發(fā)酵液經(jīng)過8 000r/min離心10min，去上清液并用蒸餾水洗滌后，放置100℃烘箱中烘干至恒重后稱量。
1.3.3 發(fā)酵液中輔酶Q10的測(cè)定 取1mL發(fā)酵液置于10mL的棕色容量瓶中，滴加20μL的6mol/L的HCl，加入1mL的丙酮，搖勻，加1mL的30%過氧化氫，搖勻，再加入無水乙醇2mL，搖勻，預(yù)超聲1min去除氣泡，最后用無水乙醇定容至10mL，超聲45min，超聲結(jié)束后搖勻靜止30min，用0.22μm的有機(jī)膜過濾即可得到輔酶Q10樣品，再用WATERS-Acquity UPLC進(jìn)行分析測(cè)定。
2 結(jié)果與討論
2.1 超聲波輸出功率對(duì)輔酶Q10提取的影響 用超聲波每次輻射/間歇時(shí)間為5s/6s、總工作時(shí)間為5min、菌液OD為22.3對(duì)處理后的發(fā)酵液進(jìn)行超聲波處理，考察超聲波輸出功率對(duì)輔酶Q10提取的影響（圖1）。
由圖1可知當(dāng)超聲波的輸出功率過小時(shí)，對(duì)菌體細(xì)胞的破碎程度不夠強(qiáng)烈，導(dǎo)致細(xì)胞不能被破碎，使細(xì)胞內(nèi)的輔酶Q10無法溶解在乙醇中。輸出功率的提高有利于液體中空穴的形成，從而形成更多的空化泡產(chǎn)生空化效應(yīng)，有利于細(xì)胞的破碎。當(dāng)繼續(xù)提高超聲波功率，發(fā)現(xiàn)超聲波輸出功率在55%時(shí)輔酶Q10提取量最高，但是超聲波輸出功率超過55%后，輔酶Q10提取量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，分析原因是超聲過程中產(chǎn)生的空化作用對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生了局部的高溫高壓，使得溶液中產(chǎn)生了H?和OH?等自由基[8]，這些強(qiáng)氧化性的自由基會(huì)氧化和降解溶液中的輔酶Q10，從而使輔酶Q10提取量下降。因而確定超聲波的最佳輸出功率為55%。
2.2 超聲波每次輻射時(shí)間對(duì)輔酶Q10提取的影響 用超聲波功率55%、總工作時(shí)間為5min、菌液OD為22.3對(duì)處理后的發(fā)酵液進(jìn)行超聲波處理，考察超聲波每次輻射時(shí)間對(duì)輔酶Q10提取的影響（圖2）。
結(jié)果表明，在超聲條件相同的情況下，每次輻射時(shí)間為4s效果最好，此時(shí)提取的輔酶Q10量最高。超聲波破碎細(xì)胞的過程：超聲波使溶液形成空穴，從而產(chǎn)生空化泡，然后再由空化泡進(jìn)行震動(dòng)、膨脹、壓縮和崩潰閉合的過程，這一過程由短暫的時(shí)間來完成的，短時(shí)多次的工作方式有利于超聲波產(chǎn)生更多的空化泡，有更多的機(jī)會(huì)完成膨脹和爆炸的過程，因此有利于細(xì)胞的破碎[9]。不過當(dāng)每次輻射時(shí)間過短時(shí)，輔酶Q10提取量反而下降，這可能是由于輻射時(shí)間過短導(dǎo)致超聲波空化作用起不到對(duì)細(xì)胞爆裂破壁作用所致。當(dāng)每次輻射時(shí)間達(dá)到4s時(shí)，輔酶Q10提取量最大，當(dāng)繼續(xù)提高每次輻射時(shí)間輔酶Q10提取量卻下降了，這可能是由于輻射時(shí)間越長使得超聲波產(chǎn)生的空化作用越強(qiáng)，導(dǎo)致產(chǎn)生的活性氧也越多，輔酶Q10被氧化降解，提取量下降。因此，選擇4s作為超聲波的最佳輻射時(shí)間。
2.3 超聲波工作總時(shí)間對(duì)輔酶Q10提取的影響 用超聲波功率55%、超聲波每次輻射/間歇時(shí)間為4s/6s、菌液OD為22.3對(duì)處理后的發(fā)酵液進(jìn)行超聲波處理，考察超聲波工作總時(shí)間對(duì)輔酶Q10提取的影響（圖3）。
在超聲波其他條件都固定的前提下，隨著工作總時(shí)間的提高，輔酶Q10提取量也隨著增加，這是由于工作時(shí)間充分，細(xì)胞破碎充分，輔酶Q10從細(xì)胞中被提取的量也增多，但是隨著工作總時(shí)間進(jìn)一步提高，輔酶Q10的提取量反而下降，這是由于輔酶Q10對(duì)光敏感，見光易分解，長時(shí)間暴露在空氣中，易被氧化。所以適當(dāng)提高工作總時(shí)間可以提高輔酶Q10提取量，但時(shí)間不宜過長，最佳總工作時(shí)間為4min。
2.4 菌液濃度對(duì)輔酶Q10提取的影響 用超聲波功率55%、超聲波每次輻射/間歇時(shí)間為4s/6s、工作總時(shí)間為4min，對(duì)處理后的發(fā)酵液進(jìn)行超聲波處理，考察菌液濃度對(duì)輔酶Q10提取的影響（圖4）。
從圖中4可以看出隨著菌液濃度的增加，輔酶Q10的提取量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。原因是當(dāng)菌液濃度很稀時(shí)，超聲波在溶液中傳遞的能量損失很大，表現(xiàn)出來的破碎細(xì)胞效果也很差，隨著菌液濃度的進(jìn)一步提高，超聲波傳遞過程的能量進(jìn)一步減少，輔酶Q10的提取量也增多，但是菌液濃度過稠時(shí)，卻不利于超聲波過程中空化泡的形成及膨脹和爆炸，導(dǎo)致細(xì)胞的破碎效果不好[10]。
2.5 正交試驗(yàn)確定最佳提取條件 根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，以超聲波輸出功率、每次輻射時(shí)間、工作總時(shí)間、菌液濃度為主要因素，確定步長和方向，進(jìn)行4因素3水平的正交試驗(yàn)（表1），結(jié)果見表2，方差分析結(jié)果見表3。
由表3可知，超聲波輸出功率、每次輻射時(shí)間、工作總時(shí)間對(duì)提取效果均有極顯著的影響，菌液濃度對(duì)輔酶Q10提取效果影響不顯著。根據(jù)R值比較了各個(gè)因素對(duì)輔酶Q10提取效果的影響程度依次為超聲波輸出功率>工作總時(shí)間>每次輻射時(shí)間>菌液濃度，綜合各個(gè)因素的k值比較可得A2B1C3D2為最佳破碎條件，即超聲波輸出功率為55%、每次輻射時(shí)間為3s、工作總時(shí)間為6min、菌液濃度為23.4。在此條件下，輔酶Q10的提取量達(dá)到11.86mg/L。
3 小結(jié)
通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化了超聲波破碎儀提取輔酶Q10的工藝條件。確定了輔酶Q10最佳提取條件為：超聲波輸出功率為55%、每次輻射時(shí)間為3s、工作總時(shí)間為6min、菌液濃度OD為23.4。
采用超聲波破碎細(xì)胞過程要在冰浴條件下進(jìn)行，從而降低超聲過程中產(chǎn)生的熱對(duì)輔酶Q10的破壞，而且提取輔酶Q10過程應(yīng)該盡量避光，這是由于輔酶Q10見光易分解。
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【關(guān)鍵詞】超聲波檢測(cè)；灌注樁；無損檢測(cè)
一、前言
結(jié)構(gòu)混凝土在施工過程中常因各種原因產(chǎn)生缺陷,尤其是混凝土灌注樁,由于水下澆筑,工藝復(fù)雜,隱蔽性強(qiáng),混凝土硬化環(huán)境及成型條件復(fù)雜,且混凝土由自重、自流密實(shí)更易產(chǎn)生空洞、夾雜物、局部疏松、縮徑等各種樁身缺陷，對(duì)建筑的安全和耐久性構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。超聲波檢測(cè)是檢測(cè)混凝土灌注樁樁身缺陷、評(píng)價(jià)其完整性的一種有效方法，當(dāng)聲波經(jīng)混凝土傳播后，它將攜帶有關(guān)混凝土材料性質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與組成的信息，準(zhǔn)確測(cè)定聲波經(jīng)混凝土傳播后各種聲學(xué)參數(shù)的量值及變化，就可以推斷混凝土的質(zhì)量。
二、基本原理
超聲波檢測(cè)混凝土樁的基本原理與通常的混凝土超聲波探傷的原理是一樣的，即在樁的一側(cè)通過發(fā)射探頭將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，發(fā)出超聲波(頻率在20kHz以上)穿透混凝土樁，然后在樁的另一側(cè)，通過接收探頭將此超聲波接收后又還原為電信號(hào)，將此信號(hào)放大，即可在示波器上顯示，聲波的歷時(shí)則由數(shù)碼顯示器給出，并可打印出數(shù)值。由于超聲波所穿透的混凝土厚度(或距離)為已知，根據(jù)超聲波脈沖發(fā)出和到達(dá)的時(shí)間，即可算出在混凝土中傳播的聲速(或縱波速度)。由聲速可直接判斷樁身混凝土的質(zhì)量，混凝土愈密實(shí)，聲速值愈大；相反，混凝土愈松散，或聲波脈沖路徑中有孔洞、裂縫或離析等，則聲速就會(huì)減小，由此可以檢驗(yàn)樁身混凝土的質(zhì)量和完整性,檢測(cè)方法如圖1所示。
由此可見，超聲波檢測(cè)混凝土樁樁身質(zhì)量和完整性的理論基礎(chǔ)是根據(jù)彈性波波速與介質(zhì)特性之間的關(guān)系，對(duì)于理想介質(zhì)中的縱波的傳播速度，則有：
式中 E――介質(zhì)的彈性模量；
――介質(zhì)的密度；
――介質(zhì)的泊松比。
從實(shí)測(cè)的樁身材料的波速(或聲時(shí)，即聲波穿透的歷時(shí))，就可以推斷所穿透介質(zhì)特性的變化。所以，測(cè)定樁身材料的波速(或聲時(shí))，是超聲波檢測(cè)樁完整性和質(zhì)量的主要依據(jù)。
此外，除了實(shí)測(cè)的波速(或聲時(shí))外，接收波的振幅和波形也很重要。大量試驗(yàn)結(jié)果表明，由于缺陷(孔洞，夾泥，離析等)的存在，界面增多，使聲波產(chǎn)生諸多的反射、折射和散射，導(dǎo)致振幅的明顯衰減。因此有時(shí)雖然實(shí)測(cè)的聲速較高(或聲時(shí)較短)，但如聲波的振幅衰減很大，也不能判斷為混凝土的強(qiáng)度(或彈性模量)很高，因?yàn)椋@很可能是由于混凝土中粗骨料比例大(粗骨料的聲速比砂漿的聲速或混凝土的平均聲速要大)；同樣，有時(shí)在測(cè)試中，雖然聲速(或聲時(shí))變化不大，但如果該處振幅衰減較大，也表明這里的混凝土質(zhì)量較差。接收波的波形也是判斷樁身質(zhì)量的依據(jù)，如果接收的波形與發(fā)射波形完全不同，產(chǎn)生很大的畸變，或者接收不到波形，無法判讀聲時(shí)，都說明混凝土有缺陷
目前，在樁身質(zhì)量檢測(cè)中常用的聲學(xué)參數(shù)為聲速、波幅、頻率以及波形。
聲速：超聲波在傳播路徑上遇到缺陷時(shí)，由于繞射，聲時(shí)變長，從而聲速降低。
（2）振幅(前波振幅)：超聲波在缺陷界面上聲阻抗差異顯著，產(chǎn)生反射、散射和吸收，使接收波振幅顯著降低。
（3）頻率變化；一般情況下，混凝土強(qiáng)度越高接收頻率也越高，反之，強(qiáng)度低，頻率也隨之下降。
（4）波形變化：有缺陷的混凝土其結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，使超聲波在內(nèi)部傳播發(fā)生變化。直達(dá)波、繞射波．反射波等各類波相繼被接收，由于這些波的頻率、相位不同．在彼
此疊加時(shí)，會(huì)使正常的波形發(fā)生變化甚至出現(xiàn)畸變（圖2、3）。
超聲波檢測(cè)樁身質(zhì)量和完整性的方法，是以實(shí)測(cè)聲時(shí)隨深度變化曲線為主并輔以振幅和波形的變化，綜合判斷而得出結(jié)論。
三、工程實(shí)例
3.1實(shí)例一
某建筑工程一，在工程樁開始施工前，先做兩組φ800 mm（樁長47 m）鉆孔灌注樁作為靜載荷試樁，編號(hào)分別為S1和S2。在對(duì)試樁進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)前，先對(duì)其分別進(jìn)
圖2正常混凝土的接收波形 圖3缺陷混凝土的接收波形行
超聲波檢測(cè)和低應(yīng)變檢測(cè)。超聲波檢測(cè)的聲速-深度、幅值-深度曲線見圖4。
由圖4中可以看出試樁S1在樁底部46.0~47.0 m存在明顯缺陷，聲速僅為2 500 m/s（正常波速為4 000 m/s左右），幅值明顯降低；試樁S2樁身質(zhì)量完好。而從圖5中來判斷，這兩根樁均無明顯缺陷。其后對(duì)兩組試樁進(jìn)行了靜載荷試驗(yàn)，其中由于S1第一次試驗(yàn)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，第一次試驗(yàn)后32 d對(duì)其進(jìn)行了第二次靜載荷試驗(yàn)。兩組靜載荷試驗(yàn)的結(jié)果如表1，靜載荷試驗(yàn)Q-s曲線見圖6。
表1試樁靜載荷試驗(yàn)結(jié)果表
圖6試樁靜載荷試驗(yàn)Q~S曲線圖
S1在近樁端1 m內(nèi)混凝土存在比較嚴(yán)重的缺陷，結(jié)合超聲波檢測(cè)和靜載荷試驗(yàn)曲線圖6(a)的形態(tài)，很明顯試樁S1樁端存在較厚沉渣。試樁S1在經(jīng)過第一次試驗(yàn)后樁底沉渣已被壓實(shí)，故在第二次試驗(yàn)時(shí)樁端承載力發(fā)揮作用，曲線形態(tài)與試樁S2樁身質(zhì)量完好的試樁非常的相似，試樁S1承載力明顯提高，而僅從低應(yīng)變曲線中卻無法判斷出S1樁底部的缺陷。
3.2實(shí)例二
某建筑工程二，基礎(chǔ)采用人工挖孔灌注樁，孔中干灌混凝土。樁徑為1 200 mm，樁長6 m。成樁15 d后對(duì)其進(jìn)行了超聲波檢測(cè)，1-1號(hào)樁AB剖面檢測(cè)結(jié)果波列影像如圖7，其余兩個(gè)檢測(cè)剖面形態(tài)基本相同。
從圖7中可以看出，該基樁在距樁頂2.3 m以上波列出現(xiàn)明顯異常，0 m～0.5 m處波速明顯偏低（僅為3 600 m/s左右，而該樁下部正常混凝土的波速均在4 000 m/s以上），而幅值則基本正常；0.5 m～0.8 m處波速基本正常，但幅值明顯降低；0.8 m～2.3 m處波列發(fā)生嚴(yán)重畸變，無法接受到完整的聲波信號(hào)。查看施工日志發(fā)現(xiàn)，該樁在灌注到上部快要結(jié)束的時(shí)候，突然下暴雨，而施工方未能采取合理的措施。對(duì)該樁上部進(jìn)行鑿除處理，發(fā)現(xiàn)上部0 m～0.5 m砂漿多，粗骨料少；0.5 m～0.8 m處則正好相反，該處砂漿少，而大部分為粗骨料；0.8 m～2.3 m處則主要為粗骨料和砂子松散的堆積，少見水泥膠結(jié)。
四、結(jié)束語
（1）超聲波檢測(cè)法是檢測(cè)混凝土內(nèi)部質(zhì)量的一種有效方法，它可以詳細(xì)查明樁身內(nèi)部混凝土質(zhì)量的變化情況，具有較高的準(zhǔn)確度和分辯率。
（2）超聲波透視法能檢測(cè)沿樁身長度的任意一個(gè)截面的質(zhì)量，尤其對(duì)大樁徑和超長樁，比低應(yīng)變檢測(cè)法反映樁基質(zhì)量更細(xì)致、更精確。
（3）混凝土質(zhì)量超聲波檢測(cè)的應(yīng)用，為混凝土的質(zhì)量處理提供了可靠的依據(jù)。
