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超声波新技术 破解医疗与无损检测难题

发明科技控中国仪表网2014年11月25日 17:27人气:5758

  【中国仪表网 发明科技控】超声波技术在医疗和工业中的应用广泛,但无法穿透金属与骨骼。近日,美国研究人员用超材料设计了一种独特的结构可抵消这类材料的声学特征。该技术实现产业化后,将对医疗领域及工业无损检测领域产生不小影响。


  超声波是一种频率高于20000赫兹的声波,它的方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的声能,在水中传播距离远,可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。因此,超声波技术在医学、军事、工业或是农业上都有广泛的应用。
  
  当前的超声波应用主要有三种:超声检验即超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声成像技术;超声处理即超声焊接、钻孔、固体的粉碎、乳化、脱气、除尘、去锅垢、清洗、灭菌等;基础研究即对固体中特超声的产生、检测和传播规律的研究等。
  
  其中,超声成像的工作原理是通过发射高频声波并获取其反射进行成像,当声波遇到物体后就会发生反弹,继而回到超声设备中被转换成图像。在应用过程中,人们发现有一些材料,如骨头和金属等物质,具有能够阻断或者歪曲超声波的物理特性。
  
  为了破解这一技术难题,北卡罗莱纳州立大学的科学家经过研究,用超材料设计了一种独特的结构来抵消这类材料的声学特征。这种超材料结构采用了一系列的膜和小管结构。研究人员使用计算模拟实验技术对该技术的原型进行了测试。在模拟中,当未采用这种技术时,超声波的能量只有28%能穿透骨骼;而随着超材料结构的介入,穿透骨骼的超声波能量最终达到了88%。
  
  据该技术的研究者之一,北卡罗莱纳州立大学机械和航天工程学助理教授京云说,这种技术能够让超声波诊断的应用范围更为广泛,如监测大脑中的血液流量,或在颅骨外用超声波烧死脑肿瘤,在过去这是非常困难的,因为颅骨会扭曲超声的声场。此外,该技术还可在工业中获得应用,例如,通过这种技术可以用超声波检测出那些此前极其难以察觉的、位于飞机机翼表层金属下的裂缝。
  
  超声波检测也叫超声检测、超声波探伤,是五种常规无损检测方法的一种。在我国,现有的超声波无损检测设备制造行业基本采取研发、生产和销售于一体的经营模式,各个经营环节相互促进。无损检测专用设备行业的主要经营模式为:方法应用研究-仪器设备研发-标准建立-应用推广。
  
  目前,大部分的无损检测行业公司都通过生产或外购上游零部件产品,独立制造便携式超声波探伤仪并销售;多通道自动化检测设备则按照客户要求设计方案、生产,并完成销售。
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