超声波高频检测与低频渗透的探究
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摘要
随着科技的发展和社会的进步，无论是对于工业制造还是人类自身，无损、无副作用都成为高频词汇。超声波因其优良的声学特性、无毒无害的显著特点而被越来越广泛的应用在检测、治疗等领域。本文以超声波的传播特性与声学机理为依据，探究了超声波在检测与医疗方面的两个典型应用，在总结前人工作的基础上，进行了一定的创新，主要研究工作如下：
（1）根据高频超声波在各种介质中的传播特性以及其自身的透射、反射规律，完成高频超声波测厚传感器的设计，包括超声波聚焦直探头、超声波TR双晶片探头以及超声波轮式探头。
（2）根据超声波脉冲反射法的机理，本文结合FPGA的自身特点，设计了高速、高精度的超声波测厚系统。完成了超声波回波信号的硬件处理电路及相应的FPGA程序设计。与传统的基于单片机的便携式测厚仪相比，该系统采样速度快且测量精度高。
（3）结合前人工作及相关文献，本文探讨和研究了低频超声波促渗法的主要机理。设计了频率为28KHz的低频超声发射电路。以经皮给药系统为基础，自主设计实验，研究影响低频超声波促渗作用的主要因素以及低频超声波的促渗效果，通过对比，得出实验结论。
With the development of science and technology, the environmentalprotection called people more and more urgent requirement. No matterfor industrial manufacturing or human itself, nondestructive and withoutany side effects have all become high-frequency words. Because of thegood acoustic and avirulent characteristics, ultrasonic is more and moreextensive application in the test, treatment, and other fields. This paperexplores the two typical application in the area of ultrasonic detectionand medical care which base on the main propagation characteristics andthe acoustic mechanism of ultrasonic.This paper comes to a certaininnovation on the former related work and puts forward the idea of thefuture. The main research work are as follows:
(1)According to the propagation characteristics of ultrasound in thevarious media,this paper completed the design of the ultrasonic probewhich include the ultrasound probe of focus straight, the ultrasoundprobe of TR and the ultrasound probe of wheel-style.
(2)According to the mechanism of ultrasonic pulse reflection methodand the characteristic of FPGA, this paper designs the system of ultrasonic thickness measurement which is high speed and highprecision.The hardware circuit of ultrasonic echo and the softwarebased on FPGA are completed. Comparing with the traditional portablethickness gauge based on single chip micyoco, this system has a higherspeed of sample and high accuracy. With the help of the ultrasoundprobe of wheel-style,the continuous measurement of thickness with allthe cover can be compeleted.
(3)Combining the pervious work and the related literature,the paperdiscussed the mechanism of the ultrasonic penetration enhancersmethod.On the basis of transdermal drug delivery systems, the paperdesigns the experiments to study the main factors which influences theeffect of ultrasonic penetration enhancers method.All of the above workis the data accumulation and theoretical exploration for the ultrasonicbone.
（1）根据高频超声波在各种介质中的传播特性以及其自身的透射、反射规律，完成高频超声波测厚传感器的设计，包括超声波聚焦直探头、超声波TR双晶片探头以及超声波轮式探头。
（2）根据超声波脉冲反射法的机理，本文结合FPGA的自身特点，设计了高速、高精度的超声波测厚系统。完成了超声波回波信号的硬件处理电路及相应的FPGA程序设计。与传统的基于单片机的便携式测厚仪相比，该系统采样速度快且测量精度高。
（3）结合前人工作及相关文献，本文探讨和研究了低频超声波促渗法的主要机理。设计了频率为28KHz的低频超声发射电路。以经皮给药系统为基础，自主设计实验，研究影响低频超声波促渗作用的主要因素以及低频超声波的促渗效果，通过对比，得出实验结论。
With the development of science and technology, the environmentalprotection called people more and more urgent requirement. No matterfor industrial manufacturing or human itself, nondestructive and withoutany side effects have all become high-frequency words. Because of thegood acoustic and avirulent characteristics, ultrasonic is more and moreextensive application in the test, treatment, and other fields. This paperexplores the two typical application in the area of ultrasonic detectionand medical care which base on the main propagation characteristics andthe acoustic mechanism of ultrasonic.This paper comes to a certaininnovation on the former related work and puts forward the idea of thefuture. The main research work are as follows:
(1)According to the propagation characteristics of ultrasound in thevarious media,this paper completed the design of the ultrasonic probewhich include the ultrasound probe of focus straight, the ultrasoundprobe of TR and the ultrasound probe of wheel-style.
(2)According to the mechanism of ultrasonic pulse reflection methodand the characteristic of FPGA, this paper designs the system of ultrasonic thickness measurement which is high speed and highprecision.The hardware circuit of ultrasonic echo and the softwarebased on FPGA are completed. Comparing with the traditional portablethickness gauge based on single chip micyoco, this system has a higherspeed of sample and high accuracy. With the help of the ultrasoundprobe of wheel-style,the continuous measurement of thickness with allthe cover can be compeleted.
(3)Combining the pervious work and the related literature,the paperdiscussed the mechanism of the ultrasonic penetration enhancersmethod.On the basis of transdermal drug delivery systems, the paperdesigns the experiments to study the main factors which influences theeffect of ultrasonic penetration enhancers method.All of the above workis the data accumulation and theoretical exploration for the ultrasonicbone.
引文
[1]张俊哲．无损检测技术及其应用[M]．北京：科学出版社，2010．187-283.
[2]郑宝瑞，陆仲达．基于AVR的单片机超声波钢板测厚系统研究[J]．常熟理工学院学报，2010，4：169-172．
[3]李克明，等.超声波探伤[M]．北京：电力工业出版社，1980．
[4]于喜元，楼俊君，杨平.管道超声波检测器的应用于发展趋势[J]．仪器仪表.2002,24（4）：35-37.
[5]张艳，张海军．基于DSP的多通道超声波连续测厚系统的研究[J]．安徽工程科技学院学报.2009,23（3）,25-28.
[6]彭能岭,虞孝麒,胡元峰．基于FPGA的8通道高速计数器的研制[J]．核电子学与探测技术.2006,26（6）,87-90.
[7]中国机械工程学会无损检测分会．超声波检测[M]．北京：机械工业出版社，2000．
[8]李国华，吴淼．现代无损检测与评价[M]．北京：化学工业出版社，2009．27-44.
[9]林书玉，杨月花．医学超声治疗技术研究及其应用[J]．陕西师范大学学报（自然科学版），2004，32（2）,25-28.
[10]文传兵，刘慧．超声在慢性疼痛治疗中的应用前景[J]．实用医院临床杂志.2008,5（1）：75-77.
[11]金海龙，王洪森，王新宇.基于传统针刺规律的超声波治疗仪研究[J]．仪器仪表学报.2007,27(6),76-80.
[12]刘强，吕志平．中药经皮给药制剂的进展及发展趋势[J]中医外治杂志.2004,13（1）：31-33.
[13]刘庆春．基于FPGA的多路数据采集系统[D]．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009．
[14]杨理践,张青斌,高松巍,王晓刚．基于FPGA的漏磁检测多路数据采集[J].沈阳工业大学学报,2008,3（30）,134-137.
[15]罗苑棠．CPLD/FPGA常用模块与综合系统设计实例精讲[M]．北京：电子工业出版社，2007．
[16]王晓勇．FPGA的基本原理及应用[J]．舰船电子工程.2005,12（2）：82-85.
[17]周登荣．任意波形发生器的设计与实现[D]．西安：电子科技大学.2007.
[18]张奎刚,徐连海,张华．ALTERA FPGA简介及其在LED显示屏控制中的应用[J].微处理机.2005,5（2）:26-27．
[19]韩璐，胡晋红，朱全刚．经皮给药系统促渗方法研究的新进展[J]．中国新药杂志.2007,16（4）：274-278.
[20]贺葵邦，王英姿．促进中药透皮吸收的方法与技术研究进展[J]．中华中医药杂志.2011,26（9）：1905-1907.
[21]楼炜，李新平，王刚．超声波导入的促渗作用及其对皮肤微观结构的影响[J]．中国现代应用药学杂志.2009,26（6）：510-513.
[22]楼炜，李新平，王刚．超声波导入的促渗作用及其对皮肤微观结构的影响[J]．中国现代应用药学杂志.2009,26（6）：510-513.
[23]胡志刚，王新征，冯坤，介晓阳.低频超声波对双氯芬酸钠体外经皮渗透的影响[J]．中国组织工程研究与临床康复.2011,15（8）：1429-1432.
[24]刘贵民，马丽丽．无损检测技术[M]．北京：国防工业出版社，2010．57-106.
[25]北京技术交流站．超声波探伤原理及其应用[M]．北京：机械工业出版社，1980．
[26]张士奇．影响超声波测厚仪测量准确性的因素[J]．中国计量．2008.10,87-91.
[27]唐建．长输管道超声波内检测技术研究[D]．北京：北京化工大学，2005．
[28]李行健，杨掏，陈绪跃．掌上多功能超声波测厚仪的原理及实现方法[J]．自动化与仪器仪表，2002（2）．
[29] XUELIAN PENG.．Calibration Method Study of Ultrasonic Thickness Gauge[J]．17thWorld Conference on Now-Destructive Testing. October25-28,2008,123-126.
[30] SUN LEI,ZHU JIHONG,PENG XUELIAN,XU XIGANG. Design of B Scan andDisplay in Ultrasonic Thickness Gauge[J]．88,4152-4155.
[31]吴伏家,赵长瑞,尹晓霞．超声波测厚系统的研究[J].现代制造工程.2009,11,109-113.
[32]许鸿膺．浅谈超声波测厚位置的选择.[J]．贵州化工.2002,27（6）,109-112.
[33] DONG JUHUA,GAO BINGJUN. Measurement Method for Relationship ofUltrasonic Wave Velocity and Temperature[J].International Symposium on TestAutomation and Instrumentation.2008，87，405-415．
[34] SONG XIAOCHUN,HUANG SONGLING,ZHAO DAXING.The Boiler Tube WallThickness Quantitative Evaluation Fusing the Magnetic and UltrasonicTechnique.．72,800-804.
[35]张庆社,任晋军．石油钻杆管壁及附件的超声波测厚[J]．无损探伤．2010，24（4）,198-202.
[36]黄亮，韩庆邦，朱迁虎．基于CPLD的超声双晶探头窄带激励脉冲发生器[J]．常州工学院学报.2011,24（1）,43-46.
[37]何金彪，廖强，李勇．虚拟超声波无损探伤系统前端电路设计实现.[J]．现代电子技术，2009，32（1）,26-30.
[38]崔晓东．基于频率合成技术的超声波激励系统的研究[D]．南开大学：2007.
[38]常源，王伟明，刘继红．基于单片机的塑料管超声波测厚系统的研究.[J]．科技信息（学术版），2008，(10)，34-37.
[40]蒯淑君,何辅云,杨良军,陈彬,王振. FPGA在全长全覆盖钢管测厚系统中的应用[D].合肥：合肥工业大学,2011．
[41]朱娟花，吴昂，何辅云.一种对超声波连续监测系统中回波信号处理的新方法[J]．工业计量．2005,15（5）,342-345.
[42]冯谞浩．超声波颈椎治疗仪—超声发射及整机控制系统设计研究[D]．电子科技大学，2009．
[43]童华，胡晋红，范国荣．低频超声导入法透皮给药研究进展[J]．国外医药—合成药、生化药、制剂分册.2002,23（6）：366-370.
[44]张宏普．超声脉冲回波信号分析与识别[D]．陕西：陕西师范大学，2010.
[45]陈娟，祁欣，郑兴业．超声聚焦和TR测厚技术的研究[J]．传感器技术.2009,32（6）：125-128.
[46]朱娟花，何辅云，吴昂.水耦合高能多探头超声动态监测系统[J].合肥工业大学学报（自然科学版）．2005,28(1),45-48.
[47]祁欣，于国良．超声波TR探头的设计及应用[J]．传感器技术.1999,18（1）：26-28.
[48]苏璐．大口径埋地管道超声波在线管壁测厚系统的研究[D]．北京：北京化工大学，2005.
[49]任伟涛，孙晶涛，关会群.堆焊层超声波测厚探讨[J]．锅炉制造.2011,32（5）：50-58
[50]刘国东．旋转功率超声波研磨加工机理及工艺试验研究[D]．中北大学，2008．
[51]张志文，曾志兵，罗隆福，等.基于新型全数字锁相环的同步倍频技术[J]．仪器仪表.2010,30（2）：123-126.
[52]邵帅，李曼义，刘丹非，等.全数字锁相环及其数控振荡器的FPGA设计[J]．现代电子技术.2008,24（10）：1-5.
[53]朱娟花.钢管可视化超声波连续测厚系统的研究[D]．合肥：合肥工业大学，2008.
[54]石启龙，赵亚，郑亚琴.雪莲果超声波辅助渗透脱水工艺参数优化[J]．食品科学.2011,32（14）：124-129.
[55]韩盈.丹皮酚微乳经皮给药系统的研究[D]．上海：第二军医大学，2011.
[56]方晓阳，叶青.中药透皮吸收促进剂的研究与发展[J]．中草药.2011,34（2）：188-191.
[57]李新平.超声波导入对药物经皮吸收研究的影响[D]．浙江：浙江大学，2011.
[58] Mitragotri S,Edwards D,Blankschtein D,et al. A mechanistic study ofultrasonically-enhanced transdermal drug delivery[J].J Pharm Sci,1995,11(2):697-706.
[59] U eda H, Isshiki R,Ogihara M,et al. Combined effect of ultrasound and chemicalenhancers on the skin permeation of aminopyrine[J]. Int J Pharm,1996,143(1):37-45.
[60] Tezel A, Mitragotri S. Interactions of inertial cavitati on bubbles with stratum corneumlipid bilayers during low-frequency sonophoresis[J]. Biophys J,2003,85(6):3502-3507.
[61] Snyder B,Lee S,Smith NB.Ferroelectric transducer arrays for tansermal insulindelivery[J]. J Materials Science,2006,41(1):211-215.
[2]郑宝瑞，陆仲达．基于AVR的单片机超声波钢板测厚系统研究[J]．常熟理工学院学报，2010，4：169-172．
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[21]楼炜，李新平，王刚．超声波导入的促渗作用及其对皮肤微观结构的影响[J]．中国现代应用药学杂志.2009,26（6）：510-513.
[22]楼炜，李新平，王刚．超声波导入的促渗作用及其对皮肤微观结构的影响[J]．中国现代应用药学杂志.2009,26（6）：510-513.
[23]胡志刚，王新征，冯坤，介晓阳.低频超声波对双氯芬酸钠体外经皮渗透的影响[J]．中国组织工程研究与临床康复.2011,15（8）：1429-1432.
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[49]任伟涛，孙晶涛，关会群.堆焊层超声波测厚探讨[J]．锅炉制造.2011,32（5）：50-58
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[60] Tezel A, Mitragotri S. Interactions of inertial cavitati on bubbles with stratum corneumlipid bilayers during low-frequency sonophoresis[J]. Biophys J,2003,85(6):3502-3507.
[61] Snyder B,Lee S,Smith NB.Ferroelectric transducer arrays for tansermal insulindelivery[J]. J Materials Science,2006,41(1):211-215.