激光超声技术（精选八篇）
激光超声技术 篇1
管道作为五大运输业之一,在国民经济中起着至关重要的作用。近年来我国油气输送管道里程数增长迅速[1],截止2014 年底,我国已建油气管道总里程约11.7 万公里[2]。当前我国较早建设的油气管道进入事故易发期,而裂纹的扩展成为管道主要的失效方式之一[3,4]。我国规定:管道应当定期进行全面检测,新建管道必须在1 年内检测,以后视管道安全状况每1 至3 年检测1 次[5]。文献[6-7]指出在无损检测技术中,超声波最适合管道检测,检测精度高,且能够适用于不同管径和复杂环境的管道。但常规超声检测技术,例如利用压电传感器产生超声时需要耦合剂,使用时不方便且产生超声带宽较窄。激光超声检测技术作为一种新的检测手段,克服了常规超声技术的不足,具有完全非接触、无需耦合剂、适合远距离检测、激发超声波带宽较宽、空间分辨率高、适用于高温、高压、腐蚀恶劣环境等优点[8,9],特别适用于表面微小裂纹的检测[10,11]。
本文研制的激光超声检测系统,基于热弹原理,用一束高能脉冲激光投射在管道表面激发超声波,用另一束连续激光接收超声波,其中接收超声波里含有表面缺陷信息,通过采集扫描信号,再经过信号处理提取管道表面波,研究其经过表面裂纹的传播特性。
1 激光超声检测技术基本原理
1.1 超声波的激发
高能量激光脉冲投射到金属表面,一部分被反射掉,一部分被吸收转化为热能并使金属受热膨胀形成交变应力激发出超声波(吸收仅发生在表层下数微米的范围内)。当入射脉冲激光功率密度小于材料损伤阈值时,应力方向与材料表面平行,热弹效应激发超声波示意图如图1。在脉冲宽度上,热弹机制产生的激光一般不超过100 ns。热弹效应可用经典热弹耦合理论[12]阐述,在均匀、各向同性材料中,热传导方程:
根据Duhamel-Neumann定律:
式中:β=αlE/(1-2ν)=αl(3λ+2G)为热膨胀系数, λ 为Lame常数,且满足λ=Eν/(1+ν)(1-2ν),E为弹性模量,ν 为泊松比,G为剪切模量,δij为单位张量。
1.2 超声波的接收
系统采用非线性双波混合干涉仪接收超声波,试件表面接收到的信号光与参考光同时入射到光折变晶体中,两束光在光折变晶体中干涉产生实时全息图像;同时,参考光被该全息图像衍射,衍射的参考光由于波阵面及传播方向均与透射出晶体的信号光相同,与信号光产生第二次干涉,因此双波混合干涉能够通过实时全息图实时修正因试件移动或周围环境微小振动导致的信号光失真[13],图2 为双波混合干涉仪结构示意图。
2 激光超声检测实验系统
本文研制的激光超声检测系统,激发超声波采用波长1 064 nm、脉冲宽度8 ns的Nd:YAG脉冲激光器,最大脉冲能量200 m J/pulse,聚焦后光斑直径可达0.5 mm,重复频率21 Hz;接收超声波采用基于双波混合原理的IOS AIR-1550-TWM Receiver干涉仪测量系统,连续激光波长532 nm,最大带宽125 MHz,最大功率2 m W,采用NI PXI-5114 数字化采集板卡实现数据采集,精密二自由度移动平台辅助实现对试件A扫描和B扫描,扫描精度0.05 mm。基于LABVIEW软件平台开发,实现检测系统数据采集、处理和对精密二自由度移动平台的控制,实验系统原理图及实物如图3。
3 实验研究
实验选用目前我国广泛使用的高强度管线钢X80,其性能参数如表1[14],选取管道长度300 mm,在150 mm处用线切割方法制造人工裂纹缺陷,其宽度0.25 mm,深度为1 mm,管道及其缺陷示意图如图4。
实验基于热弹原理激发超声波,用双波混合干涉仪接收超声波信号,实现X80管道非接触检测。调节脉冲激光重复频率为21 Hz,连续激光功率调至0.15 W,采样时间15μs,采样点个数1 000,脉冲激光投射点位于探测激光点右方10 mm,探测激光点距离裂纹8.5 mm。测得脉冲激光激发的超声波传播信号,首先对信号进行幅值归一化处理[15]使坐标量纲统一,通过AC/DC处理降低表面粗糙度不均对信号造成的影响,再通过带通滤波滤去高频噪声和低频干扰,得到如图5(a)所示的时域信号和图5(b)所示的频谱分布,信噪比良好。由图5(a)可知表面波在3.330μs第一次到达,根据表面波波速vc R,计算激光激发点距离探测点距离为:2 989 m/s×3.330μs=9.89 mm,误差为:(10 mm-9.89 mm)/10 mm×100%=1.1%;从频谱图5(b)可知声波能量主要分布在0.5~10MHz频率范围内,中心主频率为1.5~5 MHz。由于脉冲激光在材料表面可以激发纵波、横波、表面波[16],缺陷回波信号相对较弱,多种信号波混在一起时难以辨别缺陷表面波回波信号,需对信号进一步处理。
为了进一步研究表面波在管道中遇到缺陷时的传播特性,在相同实验系统和实验参数下,保持激光激发点和激光探测点距离不变,控制精密二自由度移动平台带动管道水平运动,对管道进行A扫描和B扫描,扫描范围15 mm,扫描步长0.1 mm。对采集到的信号采用幅值归一化处理、滤波和微分方法进行处理。图6(a)、6(b)、6(c)分别为探测点距离缺陷8.5 mm、6.1 mm、3.6 mm的时域信号,由图6(a)、6(b)、6(c)可知:表面波直达波到达时间不变,表面波缺陷回波明显;随着激光激发点和探测点向缺陷靠近,表面波缺陷1次回波和2 次回波到达时间缩短且时间间隔Δt=2.710 μs保持不变,表面波缺陷1 次和2 次回波幅值逐渐增加;初始位置时,如图6(a),表面波缺陷1 次回波平均到达时间9.160 μs,计算得出激光探测点距离缺陷的距离为:(9.160 μs-3.33 μs)/2×2 989 m/s=8.71 mm,与实际距离相比误差为:(8.71 mm-8.5 mm)/8.5 mm×100%=2.5%。
管道B扫描图像如图7 所示,横坐标为扫描时间,纵坐标为扫描范围,各个超声信号幅值强度用灰度值显示。图7(a)为表面波缺陷回波提取前各波形显示,根据波速和到达时间关系确定纵波、横波、表面波直达波、表面波缺陷1 次回波和2 次回波。当激光探测点和激发点位于同侧时,表面波直达波明显;当激光探测点越过缺陷后,表面波直达波幅值大幅度降低。图7(b)为对表面缺陷回波特征提取后的显示,通过信号处理后,分辨率得到进一步提高,缺陷回波特征明显。
文献[17]通过有限元软件模拟分析得出:激光超声表面波沿表面传播,遇到缺陷边缘时,一部分直接被反射,如图8 中路径①;另一部分沿边缘传播到裂纹底端时发生模式转换,转换成横波继续向管道内壁传播,遇到内壁发射回裂纹底端,并在裂纹底端再次模式转换变成表面波沿边缘传播被激光探测点接收,传播路径如图8 中②所示。设裂纹深度h,管道壁厚t,表面波波速vc R,横波波速vc S,根据速度时间关系:
为了研究超声表面波遇到裂纹后的传播特性,保持实验系统和实验参数不变,改变管道裂纹缺陷深度h,设置缺陷深度分别为0.5 mm、1.6 mm、2.5 mm、3.3 mm,根据式(3)得到缺陷的实验测量深度h'及其误差,如表2 所示。随着裂纹深度增加,缺陷1 次回波和2 次回波时间间隔增加且近似呈线性变化,如图9所示,造成误差的主要原因是由于管道材质不均或受到表面粗糙度的影响。通过该实验研究得到的激光超声表面波传播特性与文献[17]中模拟结果相符合。
4 结论
激光超声技术 篇2
利用PVDF传感器检测激光超声的实验研究
简要介绍了激光超声技术以及声表面波的`基本特点、激光超声产生和接收的基本原理及激光超声技术的应用.概述了聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜材料的结构、性质和应用,以及薄膜压电性产生的机理.对PVDF换能器的设计思路和实验方法进行了简单讨论.具体实验采用脉冲激光器激发声表面波,利用PVDF传感器接收实验信号调试实验信号,得出波形,并对实验现象作出初步分析.证实了该实验装置应用于激光超声无损检测的可行性与可靠性.
作 者：郝晶晶 朱日宏 陆健 HAO Jing-jing ZHU Ri-hong LU Jian 作者单位：南京理工大学,电子工程与光电技术学院,江苏,南京,210094刊 名：应用光学 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF APPLIED OPTICS年，卷(期)：28(6)分类号：O431.1 TN247-3关键词：激光超声 声表面波 PVDF压电薄膜
激光超声技术 篇3
【摘要】目的：探讨超声引导下钬激光经皮肾镜碎石取石术（PCNL）治疗肾结石的疗效。方法：对124例肾结石患者应用超声引导建立穿刺通道，并行钬激光PCNL手术治疗。结果： 124例患者均一次建立皮肾通道，其中119例一次碎石成功，5例行二期碎石术；手术平均时间为89.2±3.5min；复查显示119例患者结石全部清除，结石清除率为95.97%；5例残留结石，经重建通道或原通道超声下狄激光PCNL成功碎石3例，术后加行ESWL成功碎石2例。结论：超声引导下行钬激光PCNL治疗肾结石疗效显著，安全可靠，适于临床推广。
【关键词】超声；钬激光；碎石；疗效
【中图分类号】R693 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2014）08-0610-02
肾结石属于泌尿系统多发病、常见病之一，肾两侧的发病率无明显的差异性。随着我国生活方式的不断变化，肾结石的发生率也呈显著递增的趋势[1]。经皮肾镜碎石取石术（PCNL）是目前广泛应用于临床的现代微创取石技术，具有机体损伤小、痛苦轻、出血少、恢复快等优势。采用PCNL手术治疗肾结石时，穿刺引导方法是其中一个重要的环节，理想的穿刺通道可以有效保障手术成功率，降低并发症机率。我院对124例肾结石患者分别应用术中超声定位引导穿刺行钬激光PCNL术，临床收效较佳，现报道如下。
1资料与方法
1.1临床资料
选择2012年1月～2014年1月期间我院收肾结石患者124例，男84例，女40例；年龄20～75岁，平均年龄45.5±5.6岁；其中多发肾结石25例，单发性肾结石99例；结石直径：1～1.9cm45例，2～2.9cm50例，3～3.9cm29例；肾积水程度：轻度肾积水49例，中度肾积水50例，重度肾积水25例；其中10例患者有体外冲击波碎石术（ESWL）史。
1.2诊断标准
124例患者均符合《外科疾病诊断标准》中对肾结石的诊断标准，即腰腹疼痛，并向下腹、会阴、大腿内侧放射性痛，侧腹部压痛或肋脊角叩痛，侧腹部或腰部呈阵发性或持续性剧烈绞痛，疼痛过后行尿常规检验发现镜下有晶体尿或血尿，腹部X片提示有结石影像。
1.3手术仪器
应用东芝SSA-640A彩色超声诊断仪，探头频率设定为3.5MHz；专用穿刺架；肾穿刺针；斑马导丝F3.5；肾筋膜扩张器；狼牌输尿管镜；钬激光碎石机；造瘘管。
1.4方法
协患者取截石位，给予全身麻醉，通过输尿管镜将输尿管插管至肾盂，成功完成插管后协患者取俯卧位，应用东芝彩色超声诊断仪（探头频率为3.5MHz）对肾脏大小、位置、集合系统、插管及结石情况进行探查。超声下选择目标肾盏，期间注意避开目标肾盏与体表皮肤穿刺通道四周的组织器官，并以超声检查是否避开肾叶间血管。超声引导下将肾穿刺针斜行刺入肾盏，完成穿刺后，经斑马导丝引导通过尿道扩张器进行扩张，并留置F16扩张器，以便于建立肾脏通道。沿通道将输尿管镜插入肾盂，观察肾盂内结石情况后，通过钬激光碎石机击碎结石。碎石过程中进镜，将被击碎的肾结石用钳取出。之后将斑马导丝插入膀胱，沿导丝将双J管置入到输尿管内。最后，拔出输尿管，将肾造瘘管置入肾盂，拔除尿道扩张器，固定缝合肾造瘘管。完成手术后的2～3通过超声复查尿路，掌握肾造瘘管及双J管的位置，以及结石有无残留；术后3～7d将肾造瘘管拔除；术后1个月复查后拔除双J管。
2结果
本组124例患者均一次建立皮肾通道，119例一次碎石成功，5例肾脏出现化脓性感染，积极抗感染治疗后采取二期手术；本组手术平均时间为72～148min，平均时间89.2±3.5min；未出现术中输血情况；未出现腹腔脏器损伤、气胸等严重并发症。手术完成后1w，复查显示119例患者结石全部清除，结石清除率为95.97%；5例残留结石，经重建通道或原通道超声下狄激光PCNL成功碎石3例，术后加行ESWL治疗2例。
3讨论
肾结石是泌尿系统的常见病之一，多数结石可通过ESWL治疗后有效排出，但针对多发肾结石、肾结石过大、马蹄形结石、鹿角型结石等复杂肾结石，微创手术发挥了重要的效能。目前，PCNL是治疗肾结石的主要微创技术，是泌尿外科腔内手术技术的重要技术之一，特别是在上尿路结石的诊疗中发挥了重要的作用。PCNL是指通过完成皮肤到肾系统的手术通道，将内镜放置于肾盂及肾盏内，继而对肾脏疾病进行治疗的一种方法。碎石通道的建立是微创钬激光PCNL碎石的手术是否成功的关键[2]。目前，肾穿刺定位主要有超声及X线两组方法，X线定位时，患者先应用一定剂量的造影剂，之后再行检查，但X线仅可以显示出患者病变处的平面影像，无法显示出肾实质的厚度；同时，放射线对人体存在一定的危害，这些也大大限制了X线在PCNL术中的定位应用前景[3]。随着超声技术不断发展与完善，PCNL的成功率也随之提升，可见PCNL手术成功的开展与超声引导密不可分。笔者对超声引导行钬激光PCNL术的优势进分析，总结出以下几点：①超声检查无辐射，对人体无危害；②超声可以清楚的显示出所有的结石，便于诊疗操作；③超声引导下以穿刺架控制穿刺针的角度，保证了穿刺时不公出现较大的偏斜，可以按照设定的方向、深度进针；④穿刺时可以通过超声观察到穿刺通道四周的结构，分辨出肾集合中肾实质的厚度、肾盏及肾结石位置、穿刺入针的方向、角度、深度等；⑤超声提示下能够避开肾盏结构及较大的血管，从而降低了术中出血量等并发症机率。本文研究结果显示，本组124例患者均一次建立皮肾通道，其中119例一次碎石成功，5例行二期碎石术；手术平均时间为89.2±3.5min；复查显示119例患者结石全部清除，结石清除率为95.97%；5例残留结石，经重建通道或原通道超声下狄激光PCNL成功碎石3例，术后加行ESWL成功碎石2例。结果可见，超声引导下行钬激光PCNL治疗肾结石疗效显著，安全可靠，适于临床推广。
参考文献
[1]范淑珍.超声诊断在钬激光碎石經皮肾镜造瘘术中的应用价值[J].中国实用医药，2014，（12）：125.
[2]崔木平，刘旭日，鲍景国等.免穿刺架超声引导下微创经皮肾镜钬激光碎石术治疗上尿路结石[J].中国微创外科杂志，2012，12（8）：226-227.
激光超声技术 篇4
激光喷丸与超声波冲击技术都是一种新型的材料表面强化技术 , 激光喷丸技术具有高压、高能、超快和超高应变率等特点 , 具有常规加工方法无可比拟的优点 , 在制造科学、新材料、高能武器等高技术领域有巨大的应用前景。而超声波冲击技术则是通过换能器将电能转化为一种高频机械振动,直接或者间接地施加在金属表面使其产生剧烈塑性变形,由于这种冲击属于高频重复冲击,故应变率很大,属于剧烈塑性变形,可细化金属表面晶粒组织,主要用于提高焊接接头的抗疲劳性和延寿处理。
1 激光喷丸技术
1.1 技术简介
激光喷丸技术是一项新技术,它是用短脉冲(ns级)的强激光辐照在表面覆盖着能量吸收层和约束层的材料上产生冲击波,当激光冲击波诱导的应力波的峰值超过材料的动态屈服极限时,材料的表层将会发生塑性变形,不可回复的塑性变形导致靶材内残余应力的产生。
众所周知,在实际的工程应用中,很多金属零件会发生弯曲变形。当金属弯曲时,金属外表面处于受拉状态,在拉应力的影响下,表面会产生显微裂纹 ; 随着金属零件弯曲程度的增加,显微裂纹开始扩展,直到裂纹扩展到零件的整个截面,最终使金属折断。如车辆中的变速箱齿轮承受扭转时,齿轮根部发生应变弯曲。金属成形和焊接过程中产生的拉应力能使表面微观缺陷发展为裂纹,从而加速零件的失效。如果航空设备和核发电站的零件受到载荷和振动后,发生应力腐蚀,将会造成巨大的则产损失和人身伤亡。开始人们采用机械喷丸产生残余压应力对金属零件进行喷丸强化,以提高其使用寿命。但受弹丸冲击力的影响,机械喷丸产生的残余压应力的深度是有限的 ( 大约0. 25mm) , 机械喷丸后表面产生的凹痕可达到0. 03 in,这使得金属表面相当粗糙。随着激光技术的发展,高能激光和材料相互作用产生的高幅冲击波技术己得到了广泛研究。激光喷丸技术就是利用强脉冲激光诱导产生的高能冲击波在金属材料表面改性和成形方面的一个应用。
1.2 工作原理
随着激光技术的广泛应用,人们很快认识到由激光诱导的等离子体可产生强烈的冲击。即当短脉冲 ( 几到几十纳秒 )的高能量密度 ( 约200J/cm2) 的激光辐照金属表面时,金属表面的吸收层 ( 黑漆 )吸收激光能量发生爆炸性汽化,汽化后的蒸气急剧吸收激光能量并形成高温 ( > 10000K) , 高压 (>1 GPa) 的等离子体,等离子体受到约束层 ( 水或光学玻璃 ) 的限制,形成高强度压力冲击波,作用于金属表面并向内部传播。由于这种冲击波压力高达数个兆帕,其峰值应力远远大于材料的动态屈服强度,从而使材料产生密集、均匀和稳定的位错结构 , 同时冲击波贮藏的弹性变形能大于材料所需的屈服、塑性变形能,使表面材料发生屈服和冷塑性变形,同时在成形区域产生有益的残余压应力,其能消除工件因机械加工、热处理、焊接、激光切割、电镀或硬化涂层形成的有害拉应力,从而提高金属零件的强度、耐磨性、耐腐蚀性和疲劳寿命。由于其强化原理类似喷丸,因此这种新型的表面强化技术称为激光喷丸 (Laser Peening) 在发达的国家,激光喷丸技术已开始用于零件表面改性和板料的塑性成形的商业生产。
激光喷丸是利用高功率密度 (109W/cm2量级 ) 、短脉冲 (10- 9s量级 ) 的强激光穿过透明约束层 ( 水帘 ) 作用于覆盖在金属零件表面能量吸收层上 ( 黑漆 ), 吸收层吸收能量而汽化 , 汽化后的蒸汽急剧吸收激光能量并形成等离子体而爆炸 , 被限制在约束层和金属表面之间的爆炸物压力急剧升高, 形成向金属板料内部传播的强应力波 , 当应力波的峰值超过板料的动态屈服极限, 零件表面就会发生塑性变形, 正是不可回复的塑性变形导致板材内部残余应力的产生。
1.3 影响因素
喷丸的过程与材料的力学性能有关 ;要获得满足激光喷丸成形所要求的冲击波峰值应力对于材料的动态的屈服强度时, 对所需的最小的激光功率密度是有要求的,峰值越高,形成的残余应力层就越深。因此,激光喷丸的效果不仅与涂层和约束层有关,还与与激光脉冲的能量、光斑尺寸、脉宽、光束模式、板料的力学性能等因素有关。板料激光喷丸后, 表层的残余压应力的存在破坏了板料内原有力系的平衡, 使板材的芯部产生了拉应力以达到新的平衡, 这种在厚度方向上不均匀的残余应力又必然产生使板料变形的弯矩,当沿某一特定的路径喷丸时, 力矩就会使板料发生变形。
2 超声冲击技术
2.1 技术简介
超声冲击 (UIT/UP) 技术由世界闻名的乌克兰Paton焊接研究所在1972年最早提出,并由Paton焊接研究所和俄罗斯“量子”研究院共同开发成功,最早用于前苏联海军船只的降低焊接残余应力,引入有益的压应力。1974年,Polozky等人公开发表了将超声冲击技术应用于消除焊缝残余应力的文章。
超声冲击技术是一种高效的消除部件表面或焊缝区有害残余拉应力、引进有益压应力的方法。超声冲击设备利用大功率的能量推动冲击头以每秒约2万次的频率冲击金属物体表面,高频、高效和聚焦下的大能量使金属表层产生较大的压缩塑性变形 ;同时超声冲击改变了原有的应力场,产生有益的压应力 ;高能量冲击下金属表面温度极速升高又迅速冷却,使作用区表层金属组织发生变化,冲击部位得以强化。
2.2 技术原理
超声波发生器产生频率大于18k Hz的振荡电信号,通过换能器转换为同频率的纵波机械振动能量。再通过变幅杆将换能器微小振幅(一般为4μm)变换到20 ~ 80μm,然后借助各种形式的工具头将振动能量传达到金属材料上。该项技术的特点是单位时间内输出能量高,实施装置的比能量(输出能量与装置质量之比)大。振动频率为18 ~ 27k Hz,振动线速度可达2 ~ 3m/s,加速度相当于重力加速度的三万多倍。冲击头与被处理金属作用时间极短,高速瞬间的冲击能量是材料表面温度急剧升高又急剧冷却。这种高频能量从表面导入材料内部,必然引起材料组织不均匀的塑性变形和弹性应变。
2.3 影响因素
超声冲击最大的问题是能量输出不稳定,超声冲击可以消除部件表面或焊缝区有害残余拉应力、引进有益压应力,使得冲击部位得以强化,但是由于超声冲击的性能稳定性差,往往会导致产品批量加工中出现不合格的产品,或者一个产品的一部分处理的好,另一部分则处理的不好,导致部分废品的产生。
在焊接过程中的质量是否稳定跟机器的配置有很大的关系 , 超声冲击在作业过程中质量不稳定最主要因素是输出功率不稳定,以导致无法形成稳定的摩擦热能 . 而要解决功率问题,最主要决定于1:机台输出功率 .2:HORN扩大比 /3: 气压源/4: 电压源 .. 等。
豪克能的出现也可以解决超声冲击的问题,豪克能以其频率高、能量大、聚焦性好、性能稳定的优势解决了焊接后存在的问题,焊后利用豪克能推动冲击工具以每秒二万次以上的频率沿焊缝方向冲击焊缝的焊趾部位,使之产生较大的压缩塑性变形,使焊趾出产生圆滑的几何过渡,从而大大降低了焊趾出余高、凹坑和咬边造成的应力集中 ;消除了焊趾处表层的微小裂纹和熔渣缺陷,抑制了裂纹的提前萌生 ;调整了焊接残余应力场,消除其焊接应力,并产生一数值的压应力,同时使焊趾部位的材料得以强化,大幅度提高焊接接头的疲劳强度和疲劳寿命。
基于激光电磁超声的裂纹检测研究 篇5
近年来, 超声波无损检测方法已广泛用于核电厂、航空航天、石化等多个机械工业领域。传统超声采用压电晶片作为换能器, 必须采用耦合剂, 然而有些诸如高温环境、复杂形状和部件高速运动等情况下, 耦合效果非常不理想[1]。针对该情况, 需要一种非接触、无需耦合的超声检测方法, 目前, 此类检测方法主要有电磁超声 (EMAT) 和激光超声等方法[2]。
目前, 针对采用激光激发、激光干涉仪接收的激光超声已有大量研究, 研究者们主要关注了表面缺陷裂纹检测[3,4]。相比电磁超声, 激光超声具有激励效率高、空间分辨率高等特点。但由于目前激光干涉仪价格昂贵, 灵敏度较低, 且对试件表面状况比较敏感, 激光超声还没在实际检测中得到大量应用。为解决这个问题, 业界在信号激发以及信号接收两方面进行了大量的研究, 发现EMAT探头在信号接收方面比激光干涉仪灵敏度高, 信号接收能力更强。因此, 综合它们各自的优点, 采用激光作为超声激发源、EMAT作为接收器的方法将成为一种非常有发展前景的的非接触型超声检测技术[5,6]。
根据激光柱的能量密度和试块的材料, 激光激发超声波的方式有两种模式:烧蚀模式和热弹性模式。研究表明, 采用烧蚀模式激发超声, 信号更强, 但会对材料表面造成一定的破坏[7]。而热弹性模式下, 激光能量密度将低于材料熔点, 不会对材料组织造成破坏。目前, 采用热弹性模式激发, 主要研究试件表面缺陷的检测, 而一些内裂纹 (在试件内部或背面的裂纹) 的检测研究主要采用具有破坏性的烧蚀模式[8,9]。本文采用热弹性模式激发超声, EMAT探头接收超声, 建立了一套较完善的检测系统, 研究微小内裂纹检测的可行性。
1 实验系统与方法
1.1 实验步骤
实验具体步骤如图1所示。激光源是一个YAG脉冲激光器, 能产生脉冲长度为10ns、波长为1064ns的激光脉冲。一个圆柱型透镜用于把激光聚焦于试块表面。试块放置于X轴手动扫描台上, 便于移动扫查。为保证超声波激发模式为热弹性模式, 采用能量控制器和激发延迟控制器, 将激光脉冲能量和重复频率设置为3mJ和20Hz。用于接收超声信号的EMAT探头放置于离激光源距离为S (S即波源与接收点之间的距离) 、离试块表面0.5mm处。本研究中, 使用了两种模式的EMAT探头, 一个为内平面电磁超声探头 (in-plane EMAT) , 一个为出平面电磁超声探头 (out-of-plane EMAT) 。如图2a所示, out-of-plane EMAT由两个纵向极向相反的方形磁铁 (10mm×10mm×6mm) 和一个多向线圈组成。因此, 磁铁产生的水平方向的磁场与超声波引起的纵向振动相互作用在导体试件内部, 产生可被EMAT探头线圈接收到的涡流信号。如图2b所示, in-plane EMAT探头由两个在水平方向极性相反的永磁铁 (15mm×10mm×5mm) 和一个多向线圈组成[7]。线圈在两个磁铁之间, 其分开的宽度约为2mm。因此, 磁铁在纵向产生的磁场与超声波引起的水平方向的振动相互作用在导体试件内部产生可被EMAT探头线圈接收到的涡流信号。
最后, EMAT探头被连接到一个前置差动放大器上 (NF5307:增益范围为0~1000dB, 频率范围为0~10MHz) 。经放大器放大的信号连接至数字示波器 (TDS3054B) 上, 经过多次平均后, 超声信号被输入计算机, 用于具体分析。
1.2 实验方法
Boonsang等[10]已使用阴影法得出了在烧蚀模式下, 激光超声可检测大于2mm内裂纹的结论。然而, 相比此种模式, 热弹性模式对试块无破坏作用, 而且, 热弹性模式下激发的超声波波束更窄, 这有利于检测更微小的内裂纹。通过如图1所示的实验系统, 本文研究了利用阴影法, 在热弹性模式下, 验证激光超声横波检测微小内裂纹的可行性。阴影法的原理如图3所示, 激光超声以一定的角度θ从A点进入工件, 碰见反射面反射至B点, 此处放置一个EMAT探头用于接收信号, 如果不存在缺陷, 波的传输路径如图3a所示。如果存在缺陷, 则反射波被裂纹挡住无法到达B点, 导致波幅降低, 波的传输路径如图3c所示。波幅降低区域如图3b~图3d所示。当整个工件扫查完时, 存在一段波幅降低区域如图3e所示。如果缺陷是直线型的, 那么缺陷的深度可用以下公式计算:
式中, Y为阴影长度;h为试块厚度。
2 实验结果与讨论
2.1 实验过程
实验过程中存在多个影响因素, 如激光超声的特征, EMAT探头的检测灵敏度等。为保证实验处于最佳工作状态, 对激光超声的特征及线圈的性能进行了研究 (图4) 。激光能量设置为每脉冲3mJ。实验中, 为将激光产生的纵波与横波区别开, 制作了一个半径40mm、厚40mm的半圆铝制试块。纵波传播方向与其振动方向一致, 横波传播方向与其振动方向垂直, 因此, 可通过如图2所示将两种EMAT探头放置于α=0~90°之间, 以分别获得纵波与横波。
图5a显示的是内平面 (in-plane) 探头在α=30°方向上获得的横波信号, 图5b显示的是出平面 (out-of-plane) 探头在60°方向上获得的纵波信号。分别测量分析横波与纵波信号的第一个和第二个峰值 (图5) , 图形模式如图6所示。将本实验结果与文献[11]中的理论结果相比较, 可以证明试块中激发的超声波是在热弹性模式下产生的。
从图5与图6中可以看出, 热弹性模式下, 材料内部产生了比较强的横波, 其最大幅值分布在30°附近, 另外还可以看出其波束比烧蚀模式下的波束窄了很多, 因此其对微小内裂纹的检测能力会更强。根据以上研究的结果, 本文采用热弹性模式激发超声, EMAT探头接收信号, 研究激光超声检测微小裂纹的可行性。
2.2 试块与A扫信号
如图7所示, 实验试块为一块铝制平板, 规格为200mm×80mm×20mm, 在上面加工三个长80mm, 宽0.2 mm, 深度分别为2 mm、5 mm、10mm的人工缺陷。试块放置在X轴方向上, 扫查步进设为 (1±0.1) mm。从图6可以发现, 在35°方向上, 横波信号最强, 因此, 为得到最佳信噪比, 将电磁超声探头放置于离激光源35mm的地方。
图8为A扫信号中阴影区与裂纹深度关系图, 图中X坐标为试块右边最上端部分 (X=0) 到EMAT探头的距离。实验中产生的瑞利波R, 模态转换波SL和横波2S结果如图8所示。从图8中可以发现, 当缺陷位于电磁线圈与激光源之间的阴影区时, 信号幅值明显变小, 探头移出缺陷时, 信号幅值又恢复了原状。
2.3 B扫图形与缺陷评价
将扫查的范围为X=10~114mm, 步进为 (1±0.1) mm的A扫信号进行处理, 得到B扫图像, 如图9所示。在B扫图像中, 可发现3个阴影区, 分别对应图7中所示的裂纹1 (2mm深) , 裂纹2 (5mm深) , 裂纹3 (10mm深) 。同时, 还可发现, 随着裂纹深度的增大, 阴影区也变大。
使用阴影法研究横波各峰值的幅值大小, 以分析三个缺陷的深度误差。为减小幅值测量的误差, 将幅值时间闸门设置为16.0~17.5μs。图10为扫查距离与横波信号幅值的关系图, 从中可研究缺陷深度与阴影区大小的关系。图10中虚线部分显示的为可预见的阴影区。从图上可以很明显地发现当裂纹位于激光源与EMAT探头间的阴影区时, 信号幅值突然下降。
将测量阴影区长度代入式 (1) 得到各裂纹深度, 结果如图11所示。从图11可看出, 深度为2mm、5 mm、10 mm的裂纹都能比较准确地测出。
3 结语
本文建立了一套基于激光激发、EMAT探头接收的, 用于内裂纹检测的非接触型超声检测实验系统。为避免激光对试块表面造成破坏影响, 实验中应用热弹机制下的超声波。利用出平面EMAT探头与内平面EMAT探头, 分别研究了横波与纵波在半圆铝制试块的传播情况。最后, 结合阴影法, 使用该实验系统成功地测量了铝制试块背后的裂纹, 得到的裂纹深度与实际深度非常接近, 证明在热弹性模式下, 激光激发、EMAT探头检测信号的方法对于内裂纹的检测是有效可行的。
摘要：为检测内裂纹, 建立了一套基于脉冲激光激发、电磁超声探头接收的非接触型超声检测系统。为避免在试件表面产生烧蚀损伤, 采用热弹性模式激发超声, 采用EMAT探头接收信号。利用出平面EMAT探头和内平面EMAT探头, 分别研究了横波与纵波在半圆铝制试块的传播情况。最后, 结合阴影法, 使用该试验系统测量了试件背面的裂纹, 检测得到的裂纹深度与实际深度非常接近。证明在热弹性模式下, 激光激发、EMAT探头接收信号的方法对于内裂纹的检测是可行的。
关键词：激光超声,热弹性,EMAT,裂纹检测,阴影法
参考文献
[1]刘征, 赵昀.无损检测技术的发展及其研究领域[J].中国仪器仪表, 1997 (5) :3-5.Liu Zheng, Zhao Yun.Non-destructive Testing Technology Development and Research Field[J].China Instrmentation, 1997 (5) :3-5.
[2]Robert E.Green J.Non-contact Ultrasonic Techniques[J].Ultrasonics, 2004, 42:9-16.
[3]Pornthep C, Tetsuo F.Development of a Multi-beam Laser Ultrasonic Inspection System and Its Application on Flow Sizing Q05024[R].Japan:CRIEPI Report, 2006.
[4]Mihara T, Otsuka Y.Time-of-Flight Diffraction Measurement Using Laser Ultrasound[J].J.Experimental Mechanics, 2006, 46:561-567.
[5]应崇福.激光超声的原理及其固体中的应用[J].物理, 1996, 25 (6) :321-327.Ying Chongfu.The Principle of Laser Ultrasound and Its Application in Solid[J].Physics, 1996, 25 (6) :321-327.
[6]王新平.电磁超声技术在无损检测中的应用[J].仪器仪表与分析监测, 1991 (4) :57-58.Wang Xinping.EMAT Technology in non-destructive Testing[J].Instrumentation Analysis Monitoring, 1991 (4) :57-58.
[7]Sandra N, Hopko I, Charles U.Development of a Flexible Laser Ultrasonic Probe[J].J.Manufacturing Science and Engineering, 2002, 124:351-357.
[8]Jian X, Balillie I, Dixon S.Steel Billet Inspection Using Laser-EMAT System[J].J.Phys.D:Appl., Phys., 2007, 40 (5) :1501-1506.
[9]Takao T, Yasukazu I.Nondestructive Detection of Small Internal Defects in Carbon Steel by Laser Ultrasonics[J].J.Appl.Phys., 2001, 40:1477-1481.
[10]Boonsang S, Dewhurst R J.A Sensitive Electromagnetic Acoustic Transducer for Picometer-scale Ultrasonic Displacement Measurements[J].J.Sensors and Actuators A, 2006, 127:345-354.
激光超声技术 篇6
关键词：FFT,分层板材料,激光超声
近年导波传播特性的研究已由单层材料发展到多层模型, 用于指导材料的无损评价和检测。波在不同材料中的传播特性由界面的边界条件决定, 波在媒质中的传播受层间界面的限制而产生不同形式的反射或散射。因此, 对无限大或半无限大基底, 以及有限边界对表面波传播的影响进行分析是必要的。而波在不同材料中的传播特性由界面的边界条件决定。Brekhovskikh (1980) , Ewing (1957) 及Pace (1983) 都曾发表文章来全面讨论这些类型的边界条件[1]。在无限大固体中, 可能存在波的模式有P波和S波两种类型。当这些波到达边界时, 会在局部有更多的边界效应产生。在多层介质的情况下会由于层间反射而造成色散。已有的许多研究通过理论和实验的方法获得了导波传播的色散曲线, 层状波导的色散方程大多采用传递矩阵法或全局矩阵法建立。而本研究中的动态刚度矩阵对双层结构中的超声研究沿袭了传递矩阵的思想。因此, 文中主要采用谱有限元法构造动态刚度矩阵对薄膜-基底层状材料中的传播特性进行研究, 并初步对二维层状结构的应力产生的超声波场进行了模拟分析。
本研究主要是将谱方法与传递矩阵方法相结合, 结合了谱方法与有限元法各自的优点, 扩展Doyle (1988) 的一维波导分析, 在二维模型中, 将刚度建立在频率/波数域。时域偏微分波动方程变换到频域常微分方程的同时也将计算从时域瞬态求解转换到频域准静态计算, 最后基于Matlab程序求解相应常微分方程得到所求的解。
1 波谱分析
1.1 控制方程
位移的控制方程是用来简化弹性理论下系统的未知位移变量在波场中的公式, 总结为Navier公式[2,3,4]
由亥姆霍兹分解得到关于势函数的偏微分波动方程
标量势Φ和矢量势H分别对应限制相速度Cp和Cs的P波和SV波, 将y方向退化, 只考虑xoz截面的两个传播方向。将控制方程变换后得到频率/波数域的求解表达式。序列的N次叠加和表示表达式中有N个频率分量。若给定的某一序列点的波数η就可给出波随时间的变化。当η为零时, 取不同频率的叠加即可得到平面波的变化趋势。
1.2 谱单元分析
文中讨论了两种类型的谱单元, 单节点的截断单元和双节点的层单元。截断单元模拟的是半无限大板材, 而双节点单元则是有限大模型两端均有边界的情况。
1.2.1 1-节点单元
如图1 (a) 所示的单元只有单一边界条件, 位移u和v的谱展开表达式为
其中, 是关于频率和波数的表达式, 假设位移表达式为
此式中既包括对称模态也包括反对称模态, 然而本研究的几何模型关于y轴对称, 因此只包括对称部分。式 (4) 取节点1 (z=0) 时的值即为节点位移。
由柯西应力法则牵引力的边界受力表达式为
式 (5) 中, nx、ny分别表示关于下标方向垂直于表面的法向分量, 在节点1取外法向分量可以得到牵引力与待定系数的关系式。μ是剪切模量, 也就是得到单元刚度矩阵
1.2.2 2-节点单元
双节点单元的分析与单节点类似, 其几何模型如图1 (b) 所示, 势函数的表达式在该模型系统下修正为[5]
同理推导位移与待定系数[AnmBnmCnmDnm]T的关系, 将z1=0, z2=h代入位移表达式, 下标1、2分别用以区分层单元的上下表面。
通过应力或应变向量过渡得到牵引力向量与位移向量之间的关系
得到求解核心刚度矩阵即可分析给定材料矩阵元素随频率的变化关系, 取极限是当η=0时的低频下谱单元平面波, 如图6所示是在相应值时元素低频响应。由表达式可知k12、k14为恒定零值。而其他各元素分别在低频区域呈递减走势, 其中k11、k13呈现的是类似于棒的u位移特性。k22、k24则是与v位移相关联, 类似于梁的剪切特性。随着水平方向波数η的增大, 将会有更多的元素在低频区域趋向于零。
2 数值模拟
2.1 几何模型与边界条件
脉冲激光作用可产生谐波, 其等效力源的表达式如式 (9) 所示, 其时域与频域分布如图2所示[6]
其中, σ=1.2表示激光脉冲宽度的控制参量;t0=5μs表示脉冲延迟时间;fc=0.5 MHz。对f (t) 进行傅里叶变换得到其频谱。
基于上述理论, 建立频域谱有限元双层模型, 上层材料为铝, 下层材料为钢。
2.2 结果与讨论
如图4和图5所示, 对于某一给定材料的平面波, [k~nm]随着序列号m、n以及ηm取值不同而获得不同元素, 当η=0时, 如图4所示对称元素k12、k21为零, k22和k11随频率呈线性增长关系。随着η增大逐渐出现实部与虚部耦合的现象, 其中η=99时的动态刚度矩阵元素虚部实部分别随频率变化如图5所示。
图6和图7为η=0时刚度随频率的变化图, 对比可看出双节点单元平面波的传播会在到达第二个节点处时改变耦合关系, 反向也如此。这是因为当η增大时, x方向的指数函数衰减更剧烈。图6与图7分别为低频及全频率范围的刚度矩阵变化趋势。在频率增大区域刚度具有共振特性, 与图5所示一致。对波数作相同的定量分析结果也如此。
如图8所示, 随着超声导波的传播距离增加, 材料中超声导波的振幅基本没有变化。激光作用在材料表面依次激发P波、S波以及紧跟其后的Rayleigh波 (R) 。能明显地分辨出波形中不同模态超声导波的特征。图8中可清晰地看出反射波中相继出现的两种不同模态的超声导波, 不同模态的超声导波传播速度均相等, 标注为RR和RS。与之相比, 图9所示为上下层分界面处取点, 其峰值与图8相反, SP波模式先到达交界面处引起小的扰动, 随后峰值到达引起大的扰动。
图10与图11分别描述表面和交界面上取距离源点0.2 m处位移场的时间变化。表面距源0.2 m处首先在激发中心5μs处达到峰值随后在每隔35μs有一个反射峰, 由超声波在铝材料中的传播速度为6 200 m/s, 每次经过底面反射有一部分波能量被截止单元泄露导致每一次到达上表面检测点都会衰减。图11与图10相比, 峰值延迟到达, 共同表征波在上层单元往返衰减。
计算过程采用的时间采样频率为2 048/1 000μs, 空间采样频率为1 024/1 m, 计算时间为 (Elapsed time) 为247.188 896 s。
3 结束语
结果表明, 该种将谱方法与有限元结合的矩阵构造方法推导过程简洁, 可将动态刚度矩阵的元素随频率的变化更直观地表达出来, 对各向同性板状材料的模拟过程简洁明了, 大幅节约了计算时间及内存, 并可有效分析平面应力波在层状介质中的传播。同时, 这一过程将整个层作为一个单元, 可有效降低整个系统的尺寸。此外, 还可考虑从推导过程出发, 改变本构方程向横观各向同性材料的扩展, 亦可考虑加入缺陷作进一步研究。
参考文献
[1]BREKHOVSKIKH L M.Waves in Layered Media[M].2nd ed.Russia:Academic Press, 1980.
[2]SHEN Zhonghua, XU Baiqiang, NI Xiaowu, et al.Numerical simulation of pulsed laser induced ultrasound in monolayer and double layer materials[J].Chinese Journal of Lasers, 2004, 31 (10) :1275-1280.
[3]RIZZI S A.A spectral analysis approach to wave propagation in layered solids[D].USA:Purdue University, 1989.
[4]ZIENKIEWICZ O C, TALOR R L.The finite element method for solid and structural mechanics[M].Oxford:Elsevior Butterworth-Heinemann, 2005.
[5]DOYLE R, DOYLE J F.A spectral element approach to wave motion in layered solids[J].Journal of Vibration and Acoustics, 1992 (6) :569-577.
[6]孙宏祥, 许伯强, 徐晨光, 等.横观各向同性材料中激光超声谱有限元法数值模拟[J].光子学报, 2009 (5) :1041-1046.
[7]YANG T Y.Finite element structural analysis[M].MC USA:Prentice-Hall, 1986.
激光超声技术 篇7
关键词：超声碎石,复杂性肾结石,钬激光,经皮肾镜碎石
随着现代社会的不断发展, 人们的身体患有各种各样的病症, 其中肾结石的发生非常普遍, 并且伴有多重并发症。随着医学水平的提高, 治疗肾结石的方法日益先进, 经皮肾镜碎石是最为普遍的技术, 是治疗肾结石公认的有效手段[1]。笔者所在医院采用经皮肾镜超声碎石和钬激光技术联用治疗临床上复杂性肾结石, 取得较好疗效, 现报告如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料
笔者所在医院2012年1-10月收治60例肾结石患者, 男42例, 女18例;年龄28~67岁, 平均45.2岁;单侧肾结石患者59例, 双侧肾结石1例;肾结石的形状为鹿角型, 但仅20例患者肾结石的形状为完全鹿角型;10例患者肾功能差, 3例患者肾积脓严重。这些患者全都经过充分的经皮穿刺和抗感染方面的治疗。所有患者中合并高血压17例, 患有冠心病10例, 患有糖尿病6例, 还有1例患者高位截肢。
1.2 治疗方法
首先, 在手术之前对所有的患者进行连续的硬膜外麻醉, 而高度截肢的患者则无需进行。麻醉过后, 在所有患者的输尿管道内放置人工导管, 手术过程中要对管道注水用以冲洗碎石。患者俯卧在手术台上, 患有肾结石的那一侧垫高, 精密确定穿刺点, 在第十二肋下至第十一肋间腋后线到肩胛线之间, 在B超的辅助下, 穿刺针穿刺患者的目标肾盏, 如果穿刺针顺利地穿透肾盏后应该有尿液会溢出, 这说明穿刺成功, 接着引入导丝, 将穿刺针退出来, 沿导丝扩张, 这需要用到套叠式的金属扩张器或者筋膜扩张器, 沿导丝顺利扩张后导入镜鞘, 将肾镜插入患肾中, 寻找肾部结石。找到肾结石后, 采用科瑞达钬激光治疗机, 光纤直击肾结石, 功率达到45 W, 将肾结石击碎后, 用超声清石技术将细小碎石吸出患者体外。碎石采用的是美国科医人Lumenis 60 W钬激光系统, 用45 W功率以击碎结石。在使用中, 当结石的硬度较高的时候, 则要先将结石用钛激光击成一些较大碎块, 然后再与超声碎石清石系统一起使用, 将较大的碎石粉碎、清除。最后严密检查肾盏的上中下部和人工输尿管的连接部分是否还有残留的碎石, 所有的流程完成后, 退出镜鞘和导丝。手术之后进行复查, 在确定没有结石的残余之后, 进行管道的拔除。
2 结果
这次研究的60位肾结石患者经过经皮肾镜超声碎石和钬激光技术联合治疗, 全部得到治愈, 但并不是所有的肾结石患者在手术中都只需要一条碎石通道。在这次研究的60例患者中, 50例患者建立了一条碎石通道, 8例患者建立了两条碎石通道, 还有2例患者建立了三条碎石通道。这些患者中, 单侧肾结石的患者手术时间为55~65 min, 碎石时间为3~5 min, 双侧结石患者的手术时间为90~100 min, 碎石时间为8~10 min。破碎结石的取净率为81.7%, 即在这60例患者中, 49例的肾部破碎结石被完全取干净。手术过程中没有发生气胸和大出血。平均住院时间为7 d, 有11位患者在第一次手术过后, 肾盏残留了直径小于1 cm的结石, 在手术后的第三个星期进行体外碎石, 碎石全部顺利地排出体外。肾功能不全的患者在经过手术后肾功能都得到了改善。患者出院后, 笔者所在医院进行了跟随调查, 这些患者均未发生感染和严重出血, 肾结石也没有复发。
3 讨论
钬激光是一种很先进的高能效脉冲式的固体激光, 对软组织的穿透力很小, 在手术过程中可以提高手术的安全性和精确性, 钬激光并不是单纯物理上的粉碎肾结石, 在钬激光的功率达到最高时, 可以产生很大的能量, 在结石之间起化学作用, 让结石内部的水分汽化, 从内部粉碎各种不同密度的结石, 而且可以将结石粉碎成很小的颗粒, 钬激光的瞬间能量越大, 被粉碎的颗粒越小, 被粉碎后的结石相对处于静止状态, 减小了渗水的可能性, 而且钬激光的辐射可以有效地抵抗细菌防止感染, 有利于角鹿状结石的治疗[2]。
超声碎石最大的优点就是可以有效清除碎石, 整个手术都不需要用到取石工具, 也不用反复地进行肾镜冲洗, 这样可以缩短手术的时间, 也可以减少手术的并发症。碎石机主要有气压弹道碎石和超声探针碎石两种, 但是气压弹道碎石产生的碎石体积大, 不易清理, 而且容易造成出血[3]。所以, 先用钬激光将肾结石多处打孔碎石, 然后用超声碎石将粉碎的结石导出体外, 这样不但可以提高手术的效率, 缩短手术时间, 还可以增加超声探针的寿命。在手术过程中, 医护人员应该要注意液体灌注的时间的速度, 保证手术的视野清晰, 采用经皮肾镜技术可以清楚看到手术现状, 避免手术对造成患者损伤[4]。
手术进行过程中进入集合系统之后, 首先要做的就是用超声负压进行吸附, 将影响视野的脓苔、血块清除掉, 使操作视野保持清晰[5]。在使用中, 当结石的硬度较高时, 则要先将结石用钛激光击成一些较大碎块, 然后再与超声碎石清石系统一起使用, 将较大的碎石粉碎、清除;当结石的硬度较低的时候, 则可以直接用超声碎石清石系统粉碎结石并将之清除。还有一种情况是隐藏在肾盏内的一些小结石, 则可以通过超声的吸附作用在直视的条件下, 对肾盏内的结石进行吸离, 这样做的优势是能够提高结石的清除率。但是吸离出来的碎石有时候会使负压系统管道形成堵塞, 遇到这种情况要及时地进行清除, 使负压系统管道保持通畅, 使术中保持低压[6]。在清除过程中还要注意避免使超声探针造成损害, 避免清石时间的延长。举个例子来说, 肾镜与肾盏的盏颈狭窄或是角度很小, 这时就不应该强行的将肾镜放进去, 用来避免造成损伤, 导致出血。一种方法是另外建立一条经皮肾通道用来进行碎石。若是肾下盏与中盏, 或者是肾上盏与中盏的角度要比90°小, 则在置入肾镜的时候注意镜鞘的摆动幅度不宜过大, 避免造成肾盏盏颈的撕裂, 造成出血。一种方法是进行双通道、三通道用来碎石[7]。
而且在手术中还应该注意的一点就是液体灌注的速度, 要是液体灌注跟吸附压力始终保持平衡。这样才能够保证手术进行时视野的清晰, 将碎石的效率大幅度提升, 可避免过高的灌注压力对肾功能造成影响。过高的灌注液体压力与碎石时产生的冲击力, 能够造成结石的移动, 甚至能够造成肾实质的反流。在本试验中, 笔者采用的清石方法是低压灌注, 这就成功避免了手术对肾功能造成的损害[8]。在手术中, 取石手术的时间还要根据结石的大小、碎石的效率才能够决定。如果延长手术时间, 则可能造成手术时候过程中出血量的增加, 结石粉碎之后, 释放出的一些毒素就会随着冲洗液被血循环吸收, 这样不但会造成手术之后感染、发热的增加, 还会使患者的心脏负担加重。因此, 清石系统能够保证高效率碎石, 手术时间缩短, 清石率提高, 治愈伤口小, 容易愈合, 而且大大降低了手术风险及术中、术后并发症的发生率。
综上所述, 经皮肾镜超声碎石和钬激光碎石联用治疗复杂性肾结石具有非常明显的效果, 可有效缩短治疗时间, 治愈伤口小, 容易愈合, 很安全, 效率很高, 值得推广。
参考文献
[1]李逊, 吴开俊.多通道经皮肾穿刺取石治疗复杂性肾结石[J].中华泌尿外科杂志, 1998, 19 (8) :469-470.
[2]Cuellar D C, Averch T D.Holmium laser percutaneous nephrolithotomy using a unique suction device[J].Journal of Endourology, 2004, 18 (8) :780-782.
[3]Prabakharan S, Teichman J M, Spore S S, et al.Proteus mirabilis viability after lithotripsy of struvite calculi[J].J Urol, 1999, 162 (5) :1666-1669.
[4]孙颖浩, 高小峰, 王林辉, 等.大功率钬激光经皮肾镜取石术治疗肾结石[J].中华外科杂志, 2005, 43 (18) :1209-1211.
[5]张胜茹, 唐明忠, 江铎, 等.雷霆超声引导经皮肾镜气压弹道联合超声碎石治疗上尿路结石182例报告[J].陕西医学杂志, 2010, 39 (9) :1171-1173.
[6]范丽英, 陈春兰, 袁苏兴.经皮肾镜钬激光碎石的术中护理配合[J].中国实用医药, 2010, 5 (16) :236-237.
[7]林伟强, 张永海, 徐庆春.开放手术后复发肾结石的微创经皮肾取石术治疗[J].临床和实验医学杂志, 2009, 8 (4) :33-36.
激光超声技术 篇8
1资料和方法
1.1 一般资料
60例 (95眼) 伴有白内障的糖尿病视网膜病变患者, 男28例, 女32例, 年龄44～73岁, 其中增殖型糖尿病视网膜病变38眼, 非增殖型糖尿病视网膜病变57眼。
1.2 方法
所有病例均行白内障超声乳化摘除术, 植入人工晶体89眼。使用多波长眼科激光治疗机行全视网膜光凝 (PRP) 或局部视网膜光凝 (PRP) 。光凝前, 对患者行眼底荧光素血管造影 (FFA) 检查。在光凝过程中注意术眼的转动配合及随时调整裂隙灯的角度, 注意光凝区域的衔接, 以避免遗漏治疗区域, 并要根据所照射部位和屈光问质清晰度, 选择适当的光斑直径、能量及脉冲时间。光凝后3个月后行FFA检查, 必要时补充光凝。
1.3 疗效判定标准
光凝后视力等于或高于白内障术后的矫正视力, 末次复诊原有的新生血管减少或消退, 无新的新生血管出现, 视网膜无灌注区消失, 黄斑水肿减轻或吸收为治疗有效;反之视为无效。
2结果
治疗后, 患者的视力提高1～5行者有35眼, 占36.8%;视力无变化者49眼, 占51.6%;视力下降11眼, 占11.6%, 总有效率88.4%。3个月后行FFA 检查, 结果显示光凝斑均匀清晰, 新生血管萎缩, 视网膜水肿消退, 出血基本吸收, 未见明显的光凝并发症。
3讨论
糖尿病视网膜病变常常伴有白内障, 影响激光治疗效果, 对于因白内障影响视力或影响视网膜病变治疗的患者, 应尽早进行白内障摘除手术。为了使术后激光光凝顺利进行, 在行白内障手术时应遵循以下原则:①尽量首选白内障超声乳化术, 因该手术时间短, 损伤小, 术后炎症反应轻, 但对技术要求较高;②白内障术后激光光凝治疗越早越好, 故应考虑手术切口因素, 本组病例均选择巩膜隧道切口, 伤口密闭好, 愈合快;③术中尽量将残留皮质抽吸干净, 晶状体后囊膜做抛光处理, 以降低术后后囊混浊的发生率;④尽可能选择大直径人工晶体, 以6～6.5 mm 较为合适, 以便减少人工晶体光学部分与周边部视网膜产生像差, 造成该部位激光治疗的盲区。激光不能治疗的增殖性糖尿病视网膜病变, 不适合植入人工晶体。激光治疗时应注意掌握适当的光凝量, 以产生灰白色级光凝斑为宜, 以尽可能减少或降低副作用。全视网膜光凝 (PRP) 是治疗糖尿病性视网膜病变最常用的方法, 它可造成脉络膜视网膜的广泛粘连, 以便能够抵制逐渐增加的玻璃体视网膜牵拉造成的严重损害。但对增殖性糖尿病患者, 是否能做PRP, 术前需做全面分析。首先取决于瞳孔能否散大, 屈光间质的状况不致影响赤道部以后大部分视网膜区域的观察, 是实施PRP的先决而必须的条件[1]。一般治疗1～2周后光凝斑变为色素瘢痕, 所以在行光凝治疗特别是PRP治疗时, 每次治疗要注意衔接, 避免重复已治疗过的区域。对伴有黄斑水肿的病例, 在作全视网膜光凝之前, 应首先处理黄斑水肿[2]。我们对60例 (95眼) 行白内障超声乳化术的糖尿病视网膜病变患者, 在眼底荧光血管造影 (FFA) 指导下, 术后早期进行了激光治疗。治疗后, 患者的视力提高1～5行者有35眼, 占36.8%;视力无变化者49眼, 占51.6%;视力下降11眼, 占11.6%, 总有效率88.4%。3个月后行 FFA 检查, 结果显示光凝斑均匀清晰, 新生血管萎缩, 视网膜水肿消退, 出血基本吸收, 未见明显的光凝并发症。因此, 使用激光治疗白内障超声乳化术后糖尿病视网膜病变, 具有疗效确切、安全可靠等特点, 值得推广应用。
摘要：目的探讨激光治疗白内障超声乳化术后糖尿病视网膜病变的疗效。方法对60例 (95眼) 伴有白内障的糖尿病视网膜病变患者, 先行超声乳化摘除术。术后早期进行激光光凝治疗。结果治疗后, 患者的视力提高1～5行者有35眼, 占36.8%;视力无变化者49眼, 占51.6%;视力下降11眼, 占11.6%, 总有效率88.4%。3个月后行FFA检查, 结果显示光凝斑均匀清晰, 新生血管萎缩, 视网膜水肿消退, 出血基本吸收, 未见明显的光凝并发症。结论使用激光治疗白内障超声乳化术后糖尿病视网膜病变, 具有疗效确切、安全可靠等特点, 值得推广应用。
关键词：白内障,超声乳化术,糖尿病,视网膜病变,激光
参考文献
[1]刘隽, 杨峥嵘, 周洁.多波长激光视网膜光凝治疗糖尿病视网膜病变150例分析.中国误诊学杂志, 2007, 7 (28) :6847-6848