超声工业测量

一、前 言 超声工业测量是超声检测技术中的重要分支.许多工业非声量(密度、浓度、成份、粘度、弹性、强度、硬度、温度、流量、液位、厚度等)与描述媒质声学特性的超声量(声速、衰减、阻抗等)之间存在着直接或间接关系,探索了这些关系的规律,就可以通过这些超声量的测量去测定那些工业非声量,这就是超声工业测量的主要研究内容.它的应用历史与超声检验技术同样悠久,并共同构成了超声检测技术,但是获得广泛重视和应用却是近十多年的事,这是由于目动测量与自动控制技术的发展促进了超声工业测量技术的研究和应用;在若干应用领域中,和其他工业…     

Nd0.5Ca0.5Mn1-xAlxO3 (x=0,0.03)体系中电荷有序态的超声研究

系统研究了Nd0．5Ca0．5Mn1-xAlxO3(x=0,0．03)单相多晶样品在低温下的电磁性质和超声特性．电阻和磁化率测量表明,Nd0．5Ca0.5O3体系在TCO-257 K处发生了电荷有序相变．超声声速从室温开始随着温度的降低逐渐减小,并在TCO附近达到最小,之后,随着温度的进一步降低,声速急刷增加,同时伴随着一个尖锐的超声衰减峰出现.TCO附近的超声异常表明体系中存在着强烈的电-声子相互作用,该电-声子耦合来源于Mn3 的Jahn-Teller效应．在低温下,出现了另一个超声衰减峰,它的出现归结为反铁磁相与顺磁相之间的相分离现象.随着Al在Mn位的掺入,超声声速的最低点和衰减峰向低温移动,表明体系中的电荷有序态和反铁磁相均被部分抑制,     

La0.67Sr0.33Mn0.87Fe0.13O3的超声性质研究

测量了Ｌａ０．６７Ｓｒ０．３３Ｍｎ０．８７Ｆｅ０．１３Ｏ３多晶单相样品的电阻,超声声速和衰减随温度的变化。发现超声衰减在１５０Ｋ附近出现一个峰值,同时电阻迅速增加,表明样品中存在极化子－声子耦合作用。在８５Ｋ附近样品由半导体转变为金属,但当Ｔ〈６０Ｋ时样品又变成半导体行为,同时超声声速出现一个很小的软化,这表明样品中可能存在自旋玻璃态。     

垂直载荷下湿玻璃珠样品的声速和衰减测量及非线性声学响应

为了分析垂直载荷下颗粒物质的声速、声衰减系数、谐波非线性等特性,本工作采用飞行时间法测量了不同含水量下声速随压强的变化规律,并利用傅里叶变换法分析了干、湿玻璃珠样品的声衰减和非线性声学特性。结果表明:干、湿玻璃珠样品中的声速、声衰减系数以及谐波非线性均随压强呈幂律变化;湿颗粒样品中随着液体含量增多,声速逐渐增加,超声波透过湿颗粒样品时的能量耗散和非线性逐渐减小。分析原因表明,压强和孔隙流体改变了颗粒之间的接触分布,使得颗粒体系的声速、声衰减以及谐波非线性等特性都随之发生变化。     

用超声干涉仪测不同温度下液体内的声速

测定流体中的声速是超声最重要的应用之一,本文提供一种用超声干涉仪测量液体中声速的装置。由于海水中的声速具有很大的实际意义,故我们在实验中采用30‰的盐水为样品,而且测量了不同温度下盐水中的声速。因为这实际上是不同深度下海水中声速测量的模拟。     

固井水泥传输函数及其含水成份对声速和声衰减影响的实验研究

本文采用实验方法初步研究了固井水泥的超声传输函数、声衰减和频率的关系以及含水饱和度对声速和衰减的影响。实验中我们对若干种不同型号、水灰比和固化温度的水泥样品进行了声传输函数测量,测量频段为1.5MHz—4.5MHz。并使用中心频率为1.25MHz探头测量了固井水泥含水饱和度对声速和声衰减的影响。结果表明,在本测量频段内,各种固井水泥的声衰减系数主要与频率一次方成正比。随着固化温度的增加,固井水泥的声衰减系数有增大的趋势,水灰比由40％增至50％时,衰减系数有减小的趋势。固井水泥含水饱和度变化对声衰减影响剧烈,当含水饱和度由100％降至80％时,声衰减增加最快。含水饱和度变化对固井水泥声速度的影响不大。     

La0.9Na0.1MnO3的反常超声特性

系统地测量了La0.9Na0.1MnO3单相陶瓷样品的电阻、磁化率、超声声 速和衰减随温度的变化关系，发现在245K附近体系发生顺磁绝缘体－铁磁金属相变，同时超声声速出现剧烈的软化现象，其相对变化超过2％。超声衰减也出现一个尖锐的衰减峰。经分析认为这些发生在Curie温度附近的反常超声现象，可能是由自旋－声子和电－声子相互作用共同引起的。     

LaCoO3中自旋态转变现象的超声研究

测量了LaCoO3单相多晶样品的纵波与横波超声声速和衰减随温度的变化关系, 在材料的自旋态转变温度附近(≈90K),纵波声速出现明显的软化并伴随一个尖锐的衰减峰,但是在横波的测量中却没有出现类似的超声异常,分析认为LaCoO3在90K附近的自旋态转变是由于Co3+离子是从低自旋态(LS,t62ge0g)转变到中等自旋态(IS,t52ge1g ),而不是高等自旋态(HS,t42ge2g).随着温度的升高,在200K附近纵波和横波测量上都观察到一个伴随着微小声速软化的宽大的衰减峰,这可能是随机分布的IS态Co3+离子的Jahn-Teller效应导致的局域晶格扭曲所造成的.     

超声法测量高浓度水煤浆若干问题研究

利用超声法在线测量高浓度水煤浆具有无需稀释、快速、在线、非接触等优势.本文探讨了水煤浆中的浓度测量问题.在理论分析和实验基础上得出了水煤浆中声速与浓度的关系,指出水煤浆温度、稳定性、粒径与声速的关系和对浓度测量的影响,并从理论上提出了水煤浆中粒径测量的方法.本文设计的实验装置适合在线测量中的应用.     

气泡对沉积物声学特性影响研究:以东海沉积物为例

气泡对海底沉积物的声学物理特性的影响在海洋学、海洋地质学和海洋地球物理学等领域中都有着重要的研究意义. 利用Micro-CT扫描仪对沉积物样品进行无损检测扫描, 根据沉积物样品中水、气和固体颗粒对X射线吸收率的不同, 提取了沉积物的气体体积(气泡)含量. 利用智能非金属超声检测仪对沉积物样品进行超声无损测定, 得到沉积物声速与衰减. 通过回归分析, 建立了样品采集海域沉积物孔隙填充气体与流体含量与沉积物声学特性之间的相关关系. 结果表明: 含气量的少许增大就会引起声速的急剧降低和声衰减的急剧上升, 但含气量超过10%后, 这种上升和降低的幅度明显减小.     

Ultrasonic Study on Jahn-Teller Distortions in La1=3Sr2=3CoO3

系统研究了La1=3Sr2=3CoO3单相多晶样品在低温下的电磁输运性质和超声特性．电阻率测量表明,La1=3Sr2=3CoO3在整个温区内都表现出金属特性,并且在235 K处电阻率-温度曲线的斜率发生了变化,同时伴随着铁磁相变．超声声速在铁磁相变温度以下出现软化,并在120 K附近达到最小,之后,随着温度的进一步降低,声速开始硬化,同时出现了一个宽大的超声衰减峰．分析认为,该超声异常可能起源于中等自旋态Co3+的Jahn-Teller效应．     

磁场对La2-x-yNdySrxCuO4体系电荷条纹相的影响

最近的研究结果表明在La2-x-yNdySrxCuO4体系中,静态电荷条纹的形成以及动态电荷条纹的运动都和晶格有一定的耦合.基于此,我们通过超声衰减测量研究了磁场对La2-x-yNdySrxCuO4(x=0.12, y=0, 0.4 and x=0.04, y=0)体系中电荷条纹的影响.对La1.48Nd0.4Sr0.12CuO4,我们发现70 K附近对应于静态电荷条纹形成的超声衰减峰以及此温度以下超声声速的异常硬化在零场和14T的强磁场下基本没有变化,说明静态电荷有序非常稳定,磁场对其没有影响.但是对La1.88Sr0.12CuO4样品,由于超导电性占主导地位,静态电荷序的形成被压制在很低的温度(10 K以下).我们发现低温下的超声衰减峰及声速硬化随磁场的增加而逐渐向高温方向移动,同时低温下的声速硬化加强.这意味着磁场能够钉扎La1.88Sr0.12CuO4中的动态电荷条纹.这一实验结果为La系超导体中静态电荷有序与超导电性之间的竞争提供了了进一步的证据.随着磁场的加强,超导序逐渐被压制,静态电荷序得以显现.La1.96Sr0.04CuO4的超声衰减特性测量结果显示,在团簇玻璃态下由于作为团簇畴壁的电荷条纹的运动而导致的超声能量损耗不随磁场发生变化.     

精密声速和超声衰减自动跟踪测试仪

中国科技大学超声检测实验室研制的精密声速和超声衰减自动跟踪测试仪已于去年通过省级鉴定。并投入小批量生产．该仪器在声速和超声衰减的测量原理方面进行了创新，在精密声速的测量中实现了脉冲回波重合法（PEO）和回鸣法（SA）两者优点的兼容，从而实现了精密声速的目动高精度测量癌超声衰减的测量中采取了一系列措施，提高了测量精度．仪器的另一特色是实现了精密声速和超声衰减的同时自动测量，整个测量过程用微机控制，工作软件提供了较强功能，测试结果可以显示、存储、打印，也可以根据测量要求方便地编制特定的测量软件进行定时…     

低温超声设备的建立

建立了一套1K以上温区、超声频率从5兆赫到230兆赫的低温超声装置.对某些样品的声速和衰减进行了测量,并与文献资料进行了比较,得到相当一致的结果.     

LaCoO3中自旋态转变现象的超声研究

测量了LaCoO₃单相多晶样品的纵波与横波超声声速和衰减随温度的变化关系, 在材料的自 旋态转变温度附近（≈90K），纵波声速出现明显的软化并伴随一个尖锐的衰减峰，但是在 横波的测量中却没有出现类似的超声异常，分析认为LaCoO₃在90K附近的自旋态 转变是由于Co³⁺离子是从低自旋态(LS,t⁶_2ge⁰ _g)转变到中等自旋态(IS,t⁵ _2ge¹_g )，而不是高等自旋态(HS,t⁴_2ge²_g).随着温度的升高，在 200K附近纵波和横波测量上都观察到一个伴随着微小声速软化的宽大的衰减峰，这可能是随 机分布的IS态Co³⁺离子的Jahn-Teller效应导致的局域晶格扭曲所造成的. 关键词： 超声声速与衰减 自旋态转变 Jahn-Teller效应     

La2CuO4型超导体中电荷有序行为的超声衰减特性研究

本文系统研究了La2CuO4型超导体中电荷有序行为相关的超声衰减特性.在La1.88-yNdySr0.12CuO4系列样品中观察到由于动态及静态的电荷条纹与晶格之间耦合而导致的超声声速和衰减异常.不同磁场下La1.88Sr0.12-xBaxCuO4系列样品的超声衰减特性表明x≤0.04的样品中存在局域的电荷条纹有序,外加磁场压制超导电性后能够导致局域电荷条纹序的增强.实验结果表明电声子相互作用在铜氧化物超导体的电荷有序现象中扮演着重要的角色.     

温度梯度场对电声脉冲法空间电荷测量波形的影响

电力设备运行中的温升现象严重影响绝缘的使用寿命,因此高温下的空间电荷测量引起了许多学者的关注.但温度升高时,聚合物材料的声阻抗、Young模量、密度、声波在其中传播的速度、衰减特性均发生变化,因此无法准确测量出介质中的空间电荷特性.而对于温度梯度场下的绝缘介质(如电缆发热场)的空间电荷测量,温度的梯度分布对介质的声阻抗、弹性模量、密度、声速及声波衰减的影响将更为复杂.本文基于电声脉冲测量方法中声波的传播特性和温度对聚乙烯材料特性的影响,分析了温度梯度场对空间电荷测量结果的影响并进行了波形恢复.     

亚稳相晶体R-Li_2Ti_3O_7的超声研究

对提拉法生长的亚稳相晶体R-Li_2Ti_3O_7在100—300 K进行了超声衰减和声速的测量。观察到在a方向和c方向,超声衰减在130K附近有一个衰减峰;a方向的声速变化随温度降低线性增加,而c方向上在165K附近声速变化的斜率有明显的变化。     

超声相比较方法在固体弹性性能研究中的应用

 本文用超声相比较方法测量了几种不同类型材料（半导体GaAs晶体、含有Si₃N₄晶须结构的复合材料、过渡金属氧化物CoO以及高温超导体AgYBa₂Cu₃O_7-δ）的声速及后两种样品声速随压力、温度的变化，得到一些用超声脉冲回波重合法不易测定的结果。用相比较法测定声速具有测量频率范围宽、精度高、测量简便等特点，它能测量1 mm左右厚度的薄样品以及声衰减较大的样品，是研究这些材料弹性性能的有效方法。     

动物肝脏的超声速度随组织中水份的变化

软生物组织中的超声速度,随组织的分子组份与结构、水份及温度等等的不同,在1500m/s—1650m/s范围内变化。试验结果指出,支配组织中超声速度的最重要因素之一是水份。 作者以肝为样品,从理论和实验研究了超声速度对水份的依赖关系。实验用了三种方法:测量具有不同水份的不同兔子的肝样品的声速;测量同样肝样品的声速,但这些样品由于存贮条件不同,其水份各异;对碎肝用水稀释到不同程度,测其声速。