超声波技术在食品行业中的应用

超声波技术在食品行业中的应用篇1

　　超声波检测技术及应用

　　刘赣

　　（青岛滨海学院，山东省青岛市经济开发区266000）

　　摘 要：无损检测(nondestructive test)简称 NDT。无损检测就是不破坏和不损伤受检物体，对它的性能、质量、有无内部缺陷进行检测的一种技术。本文主要讲的是超声波检测（UT）的工作原理以及在现在工业中的应用和发展。

　　关键词：超声波检测；纵波；工业应用；无损检测

　　1.超声波检测介绍 1.1超声波的发展史

　　声学作为物理学的一个分支， 是研究声波的发生、传播、接收和效应的一门科学。在1940 年以前只有单晶压电材料， 使得超声波未能得到广泛应用。20 世纪70 年代， 人们又研制出了PLZT 透明压电陶瓷， 压电材料的发展大大地促进了超声波领域的发展。声波的全部频率为10-4Hz～1014Hz， 通常把频率为2×104Hz～2×109Hz 的声波称为超声波。超声波作为声波的一部分， 遵循声波传播的基本定律， 1.2超声波的性质

　　1）超声波在液体介质中传播时，达到一定程度的声功率就可在液体中的物体界面上产生强烈的冲击（基于“空化现象”）。从而引出了“功率超声应用技术“例如“超声波清洗”、“超声波钻孔”、“超声波去毛刺”（统称“超声波加工”）等。

　　2）超声波具有良好的指向性

　　3）超声波只能在弹性介质中传播，不能再真空中传播。一般检测中通常把空气介质作为真空处理，所以认为超声波也不能通过空气进行传播。4）超声波可以在异质界面透射、反射、折射和波型转化。5）超声波具有可穿透物质和在物质中衰减的特性。

　　6）利用强功率超声波的振动作用，还可用于例如塑料等材料的“超声波焊接”。1.2超声波的产生与接收

　　超声波的产生和接收是利用超声波探头中压电晶体片的压电效应来说实现的。由超声波探伤仪产生的电振荡，以高频电压形式加载于探头中压电晶体片的两面电极上时，由于逆压电效应的结果，压电晶体片会在厚度方向上产生持续的伸缩变形，形成了机械振动。弱压电晶体片与焊件表面有良好的耦合时，机械振动就以超声波形式传播进入被检工件，这就是超声波的产生。反之，当压电晶体片收到超声波作用而发生伸缩变形时，正压电效应的结果会使压电晶体片两面产生不同极性的电荷，形成超声频率的高频电压，以回波电信号的形势经探伤仪显示，这就是超声波的接收。1.3超声波无损检测的原理

　　超声波探伤仪的种类繁多，但在实际的探伤过程，脉冲反射式超声波探伤仪应用的最为广泛。一般在均匀的材料中，缺陷的存在将造成材料的不连续，这种不连续往往又造成声阻抗的不一致，由反射定理我们知道，超声波在两种不同声阻抗的介质的交界面上将会发生反射，反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。脉冲反射式超声波探伤仪就是根据这个原理设计的。

　　目前便携式的脉冲反射式超声波探伤仪大部分是A扫描方式的，所谓A扫描显示方式即显示器的横坐标是超声波在被检测材料中的传播时间或者传播距离，纵坐标是超声波反射波的幅值。譬如，在一个钢工件中存在一个缺陷，由于这个缺陷的存在，造成了缺陷和钢材料之间形成了一个不同介质之间的交界面，交界面之间的声阻抗不同，当发射的超声波遇到这个界面之后，就会发生反射，反射回来的能量又被探头接受到，在显示屏幕中横坐标的一定的位置就会显示出来一个反射波的波形，横坐标的这个位置就是缺陷在被检测材料中的深度。这个反射波的高度和形状因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性质。1.4超声波无损检测的优缺点 优点：

　　1）探伤速度快，效率高

　　2）设备简单轻巧，机动性强，野外及高空作业方便，实用

　　3）探测结果不受焊接接头形式的影响，除对焊接缝外，还能检查T形接头及所有角焊缝。

　　4）对焊缝内危险性缺陷（包括裂缝、未焊透、未熔合）检测灵敏度高 5）易耗品极少，检查成本低 缺点：

　　1）若工件表面粗糙，需磨平，人工多

　　2）探测结果判定困难，操作人员需经专门培训并经考核几个 3）缺陷定型及定量困难

　　4）探测结果的正确评定收人为思想束缚的影响较大 5）探测结果不能直接记录存档

　　6）对于形状复杂、表面粗糙、内部存在粗晶组织与奥氏体焊缝，探伤困难

　　2.超声波检测的应用 2.1陶瓷的无损检测 2.1.1陶瓷气孔率的检测

　　陶瓷的强度、弹性模量、密度等直接和气孔率有关， 有些构件的气孔率决定了它能否使用。陶瓷中超声波的传递速度v和气孔率（或密度）之间也存在某种关系， 可以通过实测得到v， 再利用式（1）、式（2）求出陶瓷的气孔率： vv0(1p)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（1）v0E0(1v)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（2）

　　0(1v)(12v)式中：

　　v0——陶瓷的气孔率为零时的理论声速；p——陶瓷的气孔率；E0——陶瓷的弹性模量；0 ——陶瓷的密度。

　　将气孔简化为随机取向的椭球， 均匀分布在各向同性的基体中， 用复合微观力学模型计算声速并和实测值进行比较， 由式（1）计算得到气孔率。

　　当陶瓷材料的理论密度已知时， 气孔率可由体密度计算而来。体密度的测量方法很多， 常用的有阿基米德法。陶瓷的内部缺陷也可以采用水浸探伤法来检测， 以水浸纵波垂直探伤法检测缺陷时， 波束路程可以直接读出。要检出微小缺陷时， 可以改用较低频率的探头。2.1.2陶瓷表面缺陷检测

　　对于陶瓷而言， 同一形状和尺寸的表面缺陷比内部缺陷更容易引起破坏， 因此表面缺陷的检测特别重要。通常用水浸表面波法检测陶瓷的表面缺陷， 其原理见图1.将超声波(纵波)倾斜入射到浸入水中的被检物表面， 当入射角c大于第二临界角n时， 折射声波全部沿着工件表面传播， 形成表面波， 表示为： carcsin(Cl1/Cr2)n⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（3）式中：

　　Cl1——水中的纵波声速；Cr2——工件水浸表面波声速。

　　图1 水浸表面波法原理

　　表面波波长比横波波长短， 衰减也大于横波。同时， 它仅沿表面传播， 遇到尖锐转角或棱角时将有强烈反射回波， 曲率越大反射越强。水浸表面波在试块表面传播时， 能量可泄漏到水中， 故仅仅传播数毫米后， 水浸表面波的反射波高度就显著降低。鉴于反射波传递距离较小的振幅特性， 应尽可能使探头靠近缺陷处。

　　2.2钻孔灌注桩的无损检测 2.2.1检测原理

　　采用超声脉冲检测混凝土缺陷的基本依据是，利用脉冲波在技术条件相同（指混凝土的原材料、配合比、龄期和测试距离一致）的混凝土中传播的时间（或速度）、接收波的振幅和频率等声学参数的相对变化来判定混凝土的缺陷。

　　超声脉冲波在混凝土中传播速度的快慢，与混凝土的密实度有直接关系，对于原材料、配合比、龄期及测试距离一定的混凝土来说，声速高则混凝土密实，相反则混凝土不密实。当有空洞或裂缝存在时，便破坏了混凝土的整体性，超声脉冲波只能绕过空洞或裂缝传播到接收换能器，因此传播的路程增大，测得的声时必然偏长或声速降低。另外，由于空气的声阻抗率远小于混凝土的声阻抗率，脉冲波在混凝土中传播时，遇到蜂窝、空洞或裂缝等缺陷，便在缺陷界面发生反射和散射，声能被衰减，其中频率较高的成分衰减更快，因此接收信号的波幅明显降低，频率明显减小或频率谱中高频成分明显减少。再者经过缺陷反射或绕过缺陷传播的脉冲波信号与直达波信号之间存在声程和相位差，叠加后互相干扰，致使接收信号的波形发生畸变。

　　根据上述原理，可以利用混凝土声学参数测量值和相对变化综合分析，判别其缺陷的位置和范围，或估算缺陷的尺寸。2.2.2适用范围

　　基桩超声波检测法是一种检测混凝土灌注桩完整性的有效手段，它是利用声波的透射原理对桩身混凝土介质状况进行检测，因此仅适用于在灌注成型过程中已经埋了两根或两根以上声测管的基桩。

　　在桩身预埋一定数量的声测管，通过水的耦合，超声波从一根声测管中发射，在另一根声测管中接收，可以测出被测混凝土介质的声学参数。由于超声波在混凝土中遇到缺陷时会产生绕射、反射和折射，因而到达接收换能器的声时、波幅及主频发生改变。超声波法就是利用这些声波特征参数来判别桩身的完整性。

　　对跨孔透射法，当桩径较小时，声测管间距也较小，其测试误差相对较大，同时预埋声测管可能引起附加的灌注桩施工质量问题。因此，超声波检测方法适用于检测直径不小于 800mm 的混凝土灌注桩的完整性。

　　3.超声波检测的发展前景

　　无损检测与评价技术在我国日常产品质量检验和大量在用工业和民用设备的检验中发挥了十分重要的作用。从统计结果看，我国拥有近17万无损检测人员和2000多家无损检测机构，2007年无损检测仪器的销售额达10亿元人民币左右，大专院校每年培养近千名无损检测专业的大专、本科和研究生。我国不仅对常规无损检测设备、器材和服务有着巨大的需求，而且对先进的无损检测仪器、技术和服务也有大量的需求。我国已成为一个无损检测仪器、技术和服务的巨大市场。我国的无损检测工作者已经在许多技术和领域进行了大量的研究、开发和成功的应用。

超声波技术在食品行业中的应用篇2

　　超声波探伤技术在钢结构检测中的应用

　　摘 要：随着当代建筑技术日新月异的发展，钢结构在当代建筑中使用率越来越高。采用无损探伤的手段对焊缝进行质量检验是确保钢结构工程质量的重要环节。本文从规范规定的焊缝等级、相应检测的类别、评判标准及缺陷特性等方面对钢结构超声波无损探伤做了初步探讨。

　　关键词：钢结构 检测 焊缝 超声波无损探伤 焊缝等级

　　随着当代建筑技术日新月异的发展，建筑结构体系的种类不断的朝轻质、高强的方向发展，钢管混凝土结构、钢结构在当代建筑中使用率越来越高。尤其是在厂房建设及设备安装中更是大量使用钢结构。而焊接作为钢结构的主要连接方式之一，直接影响钢结构的施工质量，采用无损探伤的手段对焊缝进行质量检验是确保钢结构工程质量的重要环节。

　　钢结构无损探伤包括超声检测（UT）、射线检测（RT）、磁粉检测（MT）、渗透检测（PT）和涡流检测（ET）等五种检测方法。超声检测是目前应用最广泛的探伤方法之一。超声波的波长很短、穿透力强，传播过程中遇不同介质的分界面会产生反射、折射、绕射和波形转换。超声波像光波一样具有良好的方向性，可以定向发射，犹如一束手电筒灯光可以在黑暗中寻找目标一样，能在被检材料中发现缺陷。超声波探伤能探测到的最小缺陷尺寸约为波长的一半。超声波探伤又可分为反射法和穿透法。穿透法的灵敏度不如反射法，因而在实际探伤中一般采用反射法来进行钢材缺陷探伤和焊缝探伤，即根据缺陷反射回波声压的高低来评价缺陷的大小。

　　从焊缝本身来说决定焊缝质量的因素主要有3方面，分别是焊缝内部缺陷、焊缝外观表面缺陷以及焊缝尺寸。因此，焊缝质量等级就存在着两重含义，其一是针对焊缝内部缺陷检验，其二是针对焊缝外观表面缺陷检验。但目前绝大部分情况是设计者只进行笼统的规定，如“该焊缝质量等级为二级”，此时正确的理解是“焊缝内部缺陷按二级检验，外观缺陷也按二级检验。”对于需要进行疲劳验算的构件如吊车梁，其中某些部位的角焊缝，虽然不进行内部缺陷的超声波探伤（三级焊缝），但其外观表面质量等级应为二级，所以笼统地说“角焊缝都是三级焊缝”就有失全面。下面就超声波无损探伤在钢结构鉴定检测中的应用，结合相关规范作以下初步探讨：

　　一、检测资料及检测报告的种类

　　在房屋具备相关资料的情况下，我们进行鉴定检测就应结合相关资料及检测数据对其进行综合评价。委托单位提供的相关资料往往包括施工单位自检、见证检测及第三方检测三种。针对以上三种资料，其相应的要求通常可归纳为表一所列：

　　如果以下检测资料审查不合格或现场抽样检查不达标的情况下，就应结合可靠性鉴定标准、钢结构工程施工质量验收规范等国家相关规范，对该项目进行进一步的检测。

　　二、焊缝无损检测的检验等级：

　　根据《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB11345-89规定，超声波检验等级分为A、B、C三个级别： A级检验采用一种角度的探头在焊缝的单面单侧进行检验，只对允许扫查到的焊缝截面进行探测。一般不要求作横向缺陷的检验。母材厚度〉50mm时，不得采用A级检验。

　　B级检验原则上采用一种角度探头在焊缝的单面双侧进行检验，对整个焊缝截面进行探测。母材厚度〉100mm时，采用双面双侧检验。受几何条件的限制可在焊缝的双面单侧采用两种角度探头进行探伤。条件允许时应作横向缺陷的检验。

　　C级检验至少要采用两种角度探头在焊缝的单面双侧进行检验。同时要做两个扫查方向和两种探头角度的横向缺陷检验。母材厚度〉100mm时，采用双面双侧检验。其他附加要求是：1.对接焊缝余高要磨平，以便探头在焊缝上作平行扫查；2.焊缝两侧斜探头扫查经过的母材部分要用直探头作检查；3.焊缝母材厚度≥100mm，窄间隙焊缝母材厚度≥40mm时，一般要增加串列式扫查。

　　三、建筑结构焊缝无损探伤检验具体要求：

　　1.设计要求全焊透的焊缝，其内部缺陷的检验应符合下列要求：

　　1)一级焊缝应进行100%的检验，其合格等级应为《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB11345-89中B级检验的Ⅱ级及Ⅱ级以上；

　　2)二级焊缝应进行抽检，抽检比例20%，其合格等级应为《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB11345-89中B级检验的Ⅲ级及Ⅲ级以上；

　　3)全焊透的三级焊缝可不进行无损检测。

　　2.焊接球节点网架焊缝的超声探伤及缺陷分级应符合《焊接球节点钢网架焊缝超声波探伤及质量分级法》JG/T3034.1-1996的规定。

　　3.螺栓球节点网架焊缝的超声探伤及缺陷分级应符合《螺栓球节点钢网架焊缝超声波探伤及质量分级法》JG/T3034.2-1996的规定。

　　4.圆管T、K、Y节点焊缝的超声波探伤方法及缺陷分级应符合《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002的规定。

　　四、焊缝缺陷的评定等级

　　缺陷的大小确定以后，要根据缺陷的性质和指示长度结合有关标准的规定评定焊缝的质量级别。

　　超声波检验焊缝内部缺陷的评定等级分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级，其中Ⅰ级质量最高，Ⅳ级质量最低。

　　根据在标准试块上绘制的距离波幅曲线，对比焊缝中缺陷最高回波的位置、和缺陷性质判断焊缝等级。对于最大反射波幅不超过距离波幅曲线中评定线的缺陷，均评定为Ⅰ级；最大反射波幅超过评定线的缺陷检验者判定为裂纹等危害性缺陷时，无论其波幅和尺寸如何，均评定为Ⅳ级；反射波幅位于Ⅰ区的非裂纹性缺陷，均评定为Ⅰ级；反射波幅位于Ⅲ区的缺陷，无论其指示长度如何，均评定为Ⅳ级。最大反射波幅位于Ⅱ区的缺陷，跟具缺陷指示长度，具体分类见表二：

　　五、焊缝检测记数规则及合格评定

　　1.焊缝内部缺陷无损检测记数规则 一级焊缝探伤比例100%，即全数探伤；二级焊缝探伤比例20%，对于工厂制作焊缝，应按每条焊缝长度计算比例，且探伤长度≥200mm，当焊缝长度≤200mm时，应对整条焊缝进行探伤；对于现场安装焊缝，应按同一类型、同一施焊条件的焊缝条数计算比例，探伤长度应≥200mm，并应不少于1条焊缝；三级焊缝不要求进行内部缺陷的无损探伤。

　　2.焊缝处数的记数方法 工厂制作焊缝长度≤1000mm时，每条焊缝为1处，长度>1000mm时，将其划分为每300mm为1处，现场安装焊缝每条焊缝为1处。

　　3.抽样检验的合格判定 抽样检查的焊缝数如不合格率5%时，应加倍抽检，且必须在原不合格部位两侧的焊缝延长线各增加1处，如在所有抽检焊缝中不合格率≤3%时，该批验收应定为合格，>3%时，该批验收应定为不合格。当批量验收不合格时，应对该批余下焊缝的全数进行检查。

　　六、焊缝中常见缺陷的类型及其在超声探伤中的识别

　　焊缝中常见的缺陷主要有气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等几种，他们各自的回波均有其特性。

　　1.气孔

　　气孔是在焊接过程中焊接熔池高温时吸收了过量的气体或冶金反应产生的气体，在冷却凝固之前来不及逸出而残留在焊缝金属内所形成的空穴，多呈球形或椭球形。气孔可分为单个气孔和密集气孔。单个气孔回波高度低，波形较稳定。从各个方向探测，反射波高大致相同，但稍一移动探头就消失。密集气孔为一簇反射波，其波高随气孔的大小而不同，当探头作定点转动时，会出现此起彼落的现象。

　　2.夹渣

　　夹渣是指焊后残留在焊缝金属内的熔渣或非金属夹杂物，夹渣表面不规则。夹渣分点状夹渣和条状夹渣。点状夹渣的回波信号与点状气孔相似。条状夹渣回波信号多呈锯齿状。它的反射率低，一般波幅不高，波形常呈树枝状，主峰边上有小峰。探头平移时，波幅有变动，从各个方向探测，反射波幅不相同。

　　3.未焊透

　　未焊透是指焊接接头部分金属未完全熔透的现象。一般位于焊缝中心线上，有一定的长度。探伤中探头平移时，未焊透波形较稳定，焊缝两侧探伤时，均能得到大致相同的反射波幅。

　　4.未熔合

　　未熔合主要是指填充金属与母材之间没有熔合在一起或填充金属层之间没有熔合在一起。未熔合反射波的特征是：探头平移时，波形较稳定。两侧探测时，反射波幅不同，有时只能从一侧探到。

　　5.裂纹

　　裂纹是指在焊接过程中或焊后，在焊缝或母材的热影响区局部破裂的缝隙。一般来说，裂纹的回波高度较大，波幅宽，会出现多峰。探头平移时，反射波连续出现，波幅有变动；探头转动时，波峰有上、下错动现象。

　　以上是个人在超声波无损检测中结合相关规范总结的一些看法，写出来与大家共同探讨，不当之处还望各位同行不吝赐教。参考文献

　　［1］北京钢铁设计研究院。GB50017-2003 钢结构设计规范 中国计划出版社。2003.［2］中冶集团建筑研究总院。GB11345-89钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级中国标准出版社。1990 ［3］全国锅炉压力容器标准化技术委员会。JB/T4730.1～4730.6-2005 承压设备无损检测新华出版社。2005 ［4］中冶集团建筑研究总院 GB50205-2001 钢结构工程施工质量验收规范中国计划出版社

超声波技术在食品行业中的应用篇3

　　超声波技术在食品行业中的应用

　　江玉龙，王欢，杜新刚，赵兵

　　北京弘祥隆生物技术股份有限公司，北京，100085

　　摘要：超声波具有空化作用、机械效应以及热效应等，作为辅助手段广泛应用于食品行业，如超声辅助提取、超声灭菌、超声乳化、超声结晶、超声干燥等。本文综述了超声波在食品行业中的应用现状。

　　关键词：超声波，食品，超声提取，超声灭菌，超声乳化，超声结晶，超声干燥

　　超声波是频率在20KHz以上的声波，它不能引起人的听觉，是一种机械振动在媒质中的传播过程，具有聚束、定向、反射、透射等特性，它在媒质中主要产生两种形式的振动即横波和纵波，前者只能在固体中产生，而后者可在固、液、气体中产生。作为一种物理能量形式，超声波广泛应用于金属探伤、水下定位、医学诊断与治疗、药学、工业、化学与化工过程、环境保护、食品工业、生物工程等方面。空化效应、热效应和机械作用是超声技术应用的理论依据。当大能量的超声波作用于介质时，介质被撕裂成许多小空穴，这些小空穴瞬时闭合，并产生高达几千个大气压的瞬间压力，即空化现象。超声波在食品加工的各个环节均有用武之地，本文就其目前的在食品行业中的应用现状加以综述。超声波辅助提取

　　超声波对各种成分的提取分离的强化作用主要源于空化作用和机械效应，超声空化现象中微小气泡的爆裂会产生极大的压力，使植物细胞壁及整个生物体的破裂在瞬间完成，缩短了破碎时间，同时超声波产生的振动作用加强了胞内物质的释放、扩散和溶解，可显著提高提取效率。与常规提取方法相比，超声波辅助提取技术具有提取效率高、提取时间短、能耗低以及产品收率高等优点。在有效成分提取过程中，细胞的破壁、溶质的扩散和平衡速度等与单位面积的超声功率相关，而且均会对提取效率和回收率产生影响，因此一般选用低频大功率超声。超声辅助提取技术在食品工业中的应用已十分广泛，特别是在实验室中小规模的 研究。但由于超声波的衰减现象严重，在一定程度上制约了超声波的工业化应用。为解决超声波工程放大的难题，人们进行了许多开发尝试。在众多解决方案中，北京弘祥隆生物技术股份有限公司开发的循环式超声提取方法最为有效。该技术能使超声波与物料充分接触，超声波利用率达到100%，所有物料循环通过超声场的有效范围，成功的解决了超声提取工程放大的难题，大大拓宽了超声波技术的应用范围。该公司设备适用于各类有效成分的提取，特别是不稳定性成分的提取。以竹节三七为原料提取三七总皂苷，采用HF-2B循环超声提取机在室温下提取2次每次30min的提取得率为7.6%，高于80℃浸提3次每次1.5h的得率5.3%[1]。在大豆豆粕总皂苷的提取研究中，CTXNW-2B循环超声提取机25℃提取15min的得率（4.3%）高于乙醇回流5h的产率（3.4%）[2]。从甘草中提取甘草多糖，在相同条件下（65℃，1h）循环超声提取的得率（9.6%）为水浸提（3.0%）的3.2倍[3]。在沙棘总黄酮的研究中，循环超声提取20min的得率（2.1%）高于索氏提取3h（1.9%）[4]。利用循环超声提取技术从紫苏籽中提取籽油，其45℃提取1.5h与75℃索氏提取6h的得率相当[5]。在藻蓝蛋白的提取研究中，循环超声20℃提取1.5h的得率为冻融提取2.5h的4.2倍[6]。2 超声波杀菌

　　传统的热杀菌技术由于温度过高，容易导致食品营养成分和风味的损失，而超声波、高压等非热杀菌技术则不存在这样的问题。当采用超声波处理食品时，由于超声波的空化作用，在介质中会产生纵波，即交替压缩和膨胀的区域，压力的变化会在介质中形成气泡。这些气泡在膨胀过程中有更大的表面积，增加了气体的扩散，在这一过程中会使分子产生激烈碰撞，生产冲击波，导致局部区域温度和压力的瞬间升高。这种内爆导致的压力改变是超声波杀菌的主要原因[7]。根据现有文献报道，超声波对如下微生物有杀伤效果：李斯物单胞菌、沙门氏菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草牙孢杆菌等[8]。在食品工业，单独使用超声波杀菌并不能完全满足要求，将超声与其他灭菌技术联合使用时有更好的效果，特别是与热处理和压力处理等相结合[9]。3 超声波乳化和均质

　　乳化是一种液体以极微小液滴均匀地分散在互不相溶的另一种液体中，形成乳浊液的过程。超声乳化是利用超声的空化作用和机械效应，剪切大分子或液体 2 中的分散相，使其均质达到乳化的效果；此外，超声波的作用还能够使一些不溶于水的物质活性增加，从而在水中分散均匀或溶解，在几乎不使用稳定剂的情况下保持乳浊体系的稳定[10]。与其他方法相比，超声乳化具有许多优点：(1)所形成的乳液平均液滴尺寸小(0.2−2μm)，液滴尺寸分布范围窄(0.1−10μm)；(2)浓度高，所形成的乳液更加稳定，纯乳液浓度可超过30％，外加乳化剂可高达70％；(3)可以控制乳状液的类型，在超声作用下O/W(水包油)和W/O(油包水)型乳液都可制备；(4)生产乳液所需功率小[11]。新鲜牛奶中含有大量粒度大小不等的脂肪球，其上浮会在牛奶表面形成奶油层，使牛奶产生分层现象。牛奶的均质处理就是要击碎牛奶中的脂肪球，使脂肪球的大小显著降低，由2.79～3.08μm降至0.57～0.95μm，使上浮力减小甚至消失，从而防止牛奶的分层，达到使牛奶均一化的效果。当超声波频率为40 kHz，功率0.8W／cm2时，超声波对牛奶的乳化效果最为理想[12]。4 超声波结晶

　　超声波能够强化晶体生长，加速起晶过程。与其他刺激起晶法和投晶种法相比，超声起晶所要求的过饱合度较低，晶体生长速度快，所得晶体均匀、完整，成品晶体尺寸分布范围小。在制药行业中为了得到细小而且均匀的颗粒，已将超声用于生产口服液或注射液。超声强化结晶也是改变许多食品特性的有效工具，如膳食脂肪、巧克力、冰淇淋的特性修饰等[13]。此外，超声结晶技术还可以用于控制速冻食品冰晶的形成[14]。超声波可以加快热量传导，使食品冷冻速度加快，并有效防止由于冰晶生长而造成的细胞组织破裂，避免解冻后的组织结构软化和细胞液外流[15]。超声波还能防止在结晶过程中晶体在管路上过度沉积，是一种最佳的绿色防垢技术。赵茜等[16]以葡萄糖为例，研究了超声波用于不同异构体结晶成条件，给出了超声波用于食品结晶成核的一般结论。李文钊等研究了超声波对核黄素结晶的影响，结果表明超声波能促进球状核黄素结晶的形成，并使产品流散性提高[17]。杭方学等[18]研究了引入超声后对穿心莲内酯溶析结晶过程的影响，结果表明，超声波显著降低了结晶诱导期，诱导期随着超声功率的增加而缩短。5 超声波干燥

　　由于传统干燥技术需要采用高温，容易使食品变形、老化，风味丧失，使保 3 健食品和功能食品的有效成分损失。超声干燥技术解决了上述难题。其通过超声本身所具有的空化作用、机械效应、热效应等影响物料本身的结构，降低水分转移阻力，有效去除结合水，从而加速水分的去除，降低水含量，干燥食品[19]。Garcia Perez JV。等[20]通过对干燥过程进行微波强化、红外线强化、射频强化和超声波强化后效果的比较，发现超声波更适用于低温干燥，它不会引起产品温度的显著升高。超声用于食品干燥常与热风干燥相偶联，通过超声作用将物料内部的结合水转移到物料表面，再热风带走，可显著提高干燥速度，缩短干燥时间，如在55℃下干燥胡萝卜，干燥到原来重量的10％，使用超声波只需要50 min，而不使用超声波需要2 h；在55℃下干燥蘑菇，干燥到相同的含水量，所需的时间只是热风单独干燥的1/3；在55℃下干燥苹果，干燥到原来重量的6％，使用超声波是不使用超声波所用时间的40％[19]。此外，超声技术也与喷雾干燥、冷冻干燥等干燥技术相偶联。6 结论

　　超声技术具有高效、节能等其他技术无可比拟的优势，现已在食品行业中广泛应用。但相关设备的研发相对滞后，尤其是超声结晶、超声乳化、超声灭菌国内尚无生产型设备，且现有设备成本高，自动化程度低，因此，新设备的研制必将成为该领域新的热点。

　　参考文献

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超声波技术在食品行业中的应用篇4

　　超声波探伤仪在焊接中的应用

　　一、无损检测的方法： 无损检测的常规方法有直接用肉眼检查的宏观检验和用射线照相探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤等仪器检测。肉眼宏观检测可以不使用任何仪器和设备，但肉眼不能穿透工件来检查工件内部缺陷，而射线照相等方法则可以通过各种各样的仪器或设备来进行检测，既可以检查肉眼不能检查的工件内部缺陷，也可以大大进步检测的正确性和可靠性。至于用什么方法来进行无损检测，这需根据工件的情况和检测的目的来确定。

　　二、超声波的常识： 超声波频率超过人耳听觉，频率比20千赫兹高的声波叫超声波。用于探伤的超声波，频率为0.4-25兆赫兹，其中用得最多的是1-5兆赫兹。利用声音来检测物体的好坏，这种方法早已被人们所采用。例如，用手拍拍西瓜听听是否熟了；医生敲敲病人的胸部，检验内脏是否正常；用手敲敲瓷碗，看看瓷碗是否坏了等等。但这些依靠人的听觉来判定声响的检测法，比声响法要客观和正确，而且也比较轻易作出定量的表示。由于超声波探伤具有探测间隔大，探伤装置体积小，重量轻，便于携带到现场探伤，检测速度快，而且探伤中只消耗耦合剂和磨损探头，总的检测用度较低等特点，目前建筑业市场主要采用此种方法进行检测。

　　三、超声波探伤在焊接中的应用： 首先要了解图纸对焊接质量的技术要求。目前钢结构的验收标准是依据GB50205-95《钢结构工程施工及验收规范》来执行的。标准规定：对于图纸要求焊缝焊接质量等级为一级时评定等级为Ⅱ级时规范规定要求做100%超声波焊接；对于图纸要求焊缝焊接质量等级为二级时评定等级为Ⅲ级时规范规定要求做20%超声波探伤；对于图纸要求焊缝焊接质量等级为三级时不做超声波内部缺陷检查。在此值得留意的是超声波探伤用于全熔透焊缝，其探伤比例按每条焊缝长度的百分数计算，并且不小于200mm。对于局部探伤的焊缝假如发现有不答应的缺陷时，应在该缺陷两真个延伸部位增加探伤长度，增加长度不应小于该焊缝长度的10%且不应小于200mm，当仍有不答应的缺陷时，应对该焊缝进行100%的探伤检查，其次应该清楚探伤时机，碳素结构钢应在焊缝冷却到环境温度后、低合金结构钢在焊接完成24小时以后方可进行焊缝探伤检验。另外还应该知道待测工件母材厚度、接头型式及坡口型式。截止到目前为止在实际工作中接触到的要求探伤的尽大多数焊缝都是中板对接焊缝的接头型式，所以下面主要就对焊缝探伤的操纵做针对性的总结。

　　一般地母材厚度在8-16mm之间，坡口型式有I型、单V型、X型等几种形式。在弄清楚以上这此东西后才可以进行探伤前的预备工作。在每次探伤操纵前都必须利用标准试块（CSK-IA、CSK-ⅢA）校准仪器的综合性能，校准面板曲线，以保证探伤结果的正确性。具体的方法如下：

　　1、探测面的修整：应清除焊接工作表面飞溅物、氧化皮、凹坑及锈蚀等，光洁度一般低于▽4.焊缝两侧探伤面的修整宽度一般为大于即是2KT+50mm，（K：探头 K值，T：工件厚度）。一般的根据焊件母材选择K值为2.5探头。例如：待测工件母材厚度为10mm，那么就应在焊缝两侧各修磨100mm。

　　2、耦合剂的选择应考虑到粘度、活动性、附着力、对工件表面无腐蚀、易清洗，而且经济，综合以上因素选择浆糊作为耦合剂。

　　3、由于母材厚度较薄因此探测方向采用单面双侧进行。

　　4、由于板厚小于20mm所以采用水平定位法来调节仪器的扫描速度。

　　5、在探伤操纵过程中采用粗探伤和精探伤。为了大概了解缺陷的有无和分布状态、定量、定位就是精探伤。使用锯齿形扫查、左右扫查、前后扫查、转角扫查、环绕扫查等几种扫查方式以便于发现各种不同的缺陷并且判定缺陷性质。

　　6、对探测结果进行记录，如发现内部缺陷对其进行评定分析。焊接对头内部缺陷分级应符合现行国家标准GB11345-89《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》的规定，来评判该焊否合格。假如发现有超标缺陷，向车间下达整改通知书，令其整改后进行复验直至合格。

　　四、焊缝检验 焊缝检验方法： 1，外观检查。2，致密性试验和水压强度试验。3，焊缝射线照相。4，超声波探伤。5，磁力探伤。6，渗透探伤。关于返修规定：具体情况具体对待，总之要力争减少返修次数在厂房建设及设备安装中大量使用钢结构，钢结构的焊接质量十分重要，无损检测是保证钢结构焊接质量的重要方法。一般的焊缝中常见的缺陷有：气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等。到目前为止还没有一个成熟的方法对缺陷的性质进行正确的评判，只是根据荧光屏上得到的缺陷波的外形和反射波高度的变化结合缺陷的位置和焊接工艺对缺陷进行综合估判。对于内部缺陷的估判以及缺陷产生原因和防止措檀越有有以下几点：

　　1.气孔：单个气孔回波高度低，波形为单缝，较稳定。从各个方向探测，反射波大体相同，但稍一动探头就消失，密集气孔会出现一簇反射波，波高随气孔大小而不同，当探头作定点转动时，会出现此起彼落的现象。产生这类缺陷的原因主要是焊材未按规定温度烘干，焊条药皮变质脱落、焊芯锈蚀，焊丝清理不干净，手工焊时电流过大，电弧过长；埋弧焊时电压过高或网络电压波动太大；气体保护焊时保护气体纯度低等。假如焊缝中存在着气孔，既破坏了焊缝金属的致密性，又使得焊缝有效截面积减少，降低了机械性能，特别是存链状气孔时，对弯曲和冲击韧性会有比较明显降低。防止这类缺陷防止的措施有：不使用药皮开裂、剥落、变质及焊芯锈蚀的焊条，生锈的焊丝必须除锈后才能使用。所用焊接材料应按规定温度烘干，坡口及其两侧清理干净，并要选用合适的焊接电流、电弧电压和焊接速度等。2.夹渣：点状夹渣回波信号与点状气孔相似，条状夹渣回波信号多呈锯齿状波幅不高，波形多呈树枝状，主峰边上有小峰，探头平移波幅有变动，从各个方向探测时反射波幅不相同。这类缺陷产生的原因有：焊接电流过小，速度过快，熔渣来不及浮起，被焊边沿和各层焊缝清理不干净，其本金属和焊接材料化学成分不当，含硫、磷较多等。防止措施有：正确选用焊接电流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必须把坡口清理干净，多层焊时必须层层清除焊渣；并公道选择运条角度焊接速度等。

　　3.未焊透：反射率高，波幅也较高，探头平移时，波形较稳定，在焊缝两侧探伤时均能得到大致相同的反射波幅。这类缺陷不仅降低了焊接接头的机械性能，而且在未焊透处的缺口和端部形成应力集中点，承载后往往会引起裂纹，是一种危险性缺陷。其产生原因一般是：坡口纯边间隙太小，焊接电流太小或运条速度过快，坡口角度小，运条角度不对以及电弧偏吹等。防止措施有：公道选用坡口型式、装配间隙和采用正确的焊接工艺等。

　　4.未熔合：探头平移时，波形较稳定，两侧探测时，反射波幅不同，有时只能从一侧探到。其产生的原因：坡口不干净，焊速太快，电流过小或过大，焊条角度不对，电弧偏吹等。防止措施：正确选用坡口和电流，坡口清理干净，正确操纵防止焊偏等。

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