4.空气耦合超声检测技术

空气耦合超声系统介绍

高灵敏度空气耦合超声波检测系统 日本探头株式会社（Japan Probe Co., Ltd）是具有30多年历史的专业生产超声波探头、超声波发射接收器和检测系统的厂家，日本探头株式会社（Japan Probe Co., Ltd）利用自己的高新技术和丰富经验，针对不能用耦合剂无损检测的方法研究，经过多年努力和发展，终于研制成称之为“高灵敏度非接触空气耦合超声波检测系统（Non-Contact Air Coupled Ultrasonic Testing简称NAUT）”。NAUT可以广泛应用于以下材料检测：复合材料、锂离子电池、刹车垫，陶瓷材料、混凝土、木材、橡胶、塑料、泡沫以及其他不能使用耦合剂的材料。 1.1非接触式超声 非接触式超声与常规超声检测类似，其最大的区别是非接触式超声不需要声耦合 剂涂抹在待检测工件上，就能很好的将超声波从发射探头通过空气传播到待测工件 中。常用声耦合剂包括机油、胶体、水等，这些耦合剂需要清理，通常会使得整套系 统变得笨重，使得工作场所变得很脏乱。对于NAUT来说，周围环境空气就是其声耦 合剂，高温低温工件及不适合用声耦合剂的工件也能进行超声波无损检测。 在研制此系统时，为了使超声波有效的发射到空气中，穿过检测工件，并将接收信号进行成像处理，必须解决三个问题：第一，研制声阻抗匹配层材料，实现探头和空气的最佳耦合；第二，研制超高功率发射接收，实现向空中发射高功率的超声波；第三，研制前置放大器，实现接收信号的低噪音增幅。通过多年的努力，终于成功的研制成了“高灵敏度非接触空气耦合超声波检测系统（Non-Contact Air Coupled Ultrasonic Testing），打开了21世纪的超声无损检测的新纪元，我们将它命名为NAUT21，目前，NAUT21检测系统在复合材料、锂离子电池、刹车垫，陶瓷材料、混凝土、木材、橡胶、塑料以及其他材料的检测上得到了很好的应用。现在广销日本、英国、韩国、美国、中国等国家，并受到客户的一致好评。 1.2NAUT21检测和分析 所有的C扫描成像都是使用空气耦合超声穿透法通过两轴电动运动机构来实现。空气耦合超声波穿透法：超声波从空气中发射到被检查材料内部，透过的超声波到达接收探头。通过透射的超声波峰值的大小来判断被检查材料内部是否存在缺陷。如下图1所示。

空气耦合超声探头声场及其对检测的影响

收稿日期:2017-06-28 第一作者简介:吴君豪,1993年出生,硕士研究生,主要从事的超声无损检测技术研究工作三E-mail:wujunhao@https://www.360docs.net/doc/4d2569493.html, 空气耦合超声探头声场及其对检测的影响 吴君豪 何双起 罗　明 吴时红 张　颖 (航天材料及工艺研究所,北京　100076) 文　摘　搭建空气耦合超声探头声场的指向性测量系统,考察4种型号的空气耦合超声探头声场的指向性三对预制分层缺陷的复合材料试样进行检测,分析了声场对检测结果的影响三结果表明,低频率二平探头的声场能量高,指向性较差,而高频率二聚焦探头声场能量低,指向性好,检测横向分辨率高三在保证穿透能力的前提下,应尽量选择后者三根据探头声场分布情况,合理调整检测距离,使被检材料位于探头的焦区内,也能够提高检测灵敏度三 关键词　空气耦合,超声检测,声场,缺陷评定中图分类号:TB553 DOI :10.12044/j.issn.1007-2330.2018.02.015 Acoustic Field of Air-Coupled Ultrasonic Probe and Its Effect on Detection WU Junhao HE Shuangqi LUO Ming WU Shihong ZHANG Ying (Aerospace Research Institute of Materials &Processing Technology ,Beijing　100076) Abstract A measurement system of air coupled ultrasonic field is set up ,and the field of 4types of air coupled ultrasonic probe is https://www.360docs.net/doc/4d2569493.html,posite specimens with embedded delamination are detected ,effect of acoustic field on the detection results is analyzed.The results show that the low frequency and flat probe have high acoustic field en?ergy and poor directivity ,while the high frequency and focusing probe has low acoustic field energy ,good directivity and high lateral resolution.The latter should be chosen as long as the penetration capability is guaranteed.Detection distance should be determined according to the acoustic field distribution.The detection sensitivity can be improved when the detected material is located in the focal region of the probe.Key words Air-coupled ,Ultrasonic testing ,Acoustic field ,Defect evaluation 0　引言 空气耦合超声检测免除了传统的液体耦合介质,具有非接触二易实现自动化的优点,但缺点是超声频率低二检测灵敏度低[1]三空气耦合超声探头声场存在一个 声照区”,声场的强度二声束的宽度分别影响着穿透能力和横向分辨率三了解探头声场分布,有助于提高检测可靠性,亦可在仿真试验中利用测得的相关声场特性,提高建模准确性三V.KOMMAREDDY 等对空气耦合超声声场进行测量,但缺少对声场测量结果的严格评价,也没有深入分析声场对检测效果的影响[2]三孔涛等设计了一套空气耦合超声探头的声场测量系统,但其可移植性较差[3]三本文提出的声场测量方案可以运用在任何二维空气耦合扫查系统上,快速测量探头的声场特性三基于该方案,测量了 4种型号的空气耦合超声探头声场的指向性,数据结果丰富,并分析了其对缺陷检测效果的影响三1　测量方案 1.1　空气耦合超声探头 待测的4种规格压电型空气耦合超声探头的相关参数见表1三 表1　探头参数Tab.1　Probe parameters 探头型号标称焦距L /mm 激发晶片直径d /mm 140kHz 平探头-25200kHz 平探头 -25 200kHz 聚焦探头5020500kHz 聚焦探头5019

空气耦合式超声波无损检测技术的发展及展望_罗元国

空气耦合式超声波无损检测技术的发展及展望 罗元国　王保良　黄志尧　李海青 (浙江大学控制科学与工程学系工业控制技术国家重点实验室　杭州　310027) 摘要　分析了空气耦合式超声波无损检测技术存在的主要困难,介绍了该技术的主要研究进展,并对其发展趋势进行了简要的分析。 关键词　空气耦合　超声波　无损检测 Progress and Prospect of Air-coupled Ultrasonic Non-destructive Evaluation Luo Yuanguo　Wang Baoliang　Huang Zhiyao　Li Haiqing (N ational L abor atory of I ndustrial Contr ol T echnology,D ep artment of Contr ol Science&Engineer ing,Zhej iang University,H angz hou310027,China) Abstract　T he recent progress of air-coupled ultrasonic non-dest ructive evaluat ion is review ed.Some points of view about t he prospect of air-coupled ultrasonic non-dest ructive evaluat ion are present ed. Key words　Air-coupled　U lt rasonic　Non-destruct ive evaluat ion 1　引 言 超声波在无损检测领域有着广泛的应用,但传统的检测方法需要使用专门耦合剂或用水浸法来减少超声波在空气中传播的损失,限制了它的适用范围。空气耦合式超声无损检测技术较好地弥补了这方面的不足,其非接触、非侵入、完全无损的特点,特别是能够实现快速在线扫查,有着很好的应用前景,但传统的压电陶瓷的换能器无法作为空气耦合换能器,因此,研制以空气为耦合层的超声波换能器是该技术的研究重点。随着显微机械加工技术的发展以及高分子材料技术的进步,高效率、高灵敏度的空气耦合式超声波换能器的制作取得了较大的突破,加上低噪声,高增益的放大器的研制及计算机信号处理技术的发展,使空气耦合式超声波无损检测技术有了长足的进步,并在一些领域获得了较好的应用成果。文中对国际上在空气耦合超声波无损检测技术上的研究进展进行了介绍,并对其发展趋势进行了简单的分析。2　空气耦合式超声波检测技术的主要困难 空气同检测对象之间巨大的特性声阻抗差以及空气对高频声波较大的吸收率,使普通压电陶瓷的换能器无法实现非接触检测。表1给出了超声波在几种常见介质中传输的特性声阻抗(Z)和传输系数(T),其中,特性声阻抗定义为Z=Q V,其单位为:kg/m2s,用Ray1表示。传输系数T表明了超声波从一种介质进入另一种介质中时能量损失的情况,是Z的函数:T= 4Z1Z2/(Z1+Z2)2,无量纲。 表1　常见介质的特性声阻抗和传输系数[1] 介质I (Ray1) 介质II (Ray1) T 衰减dB (20logT) Z W:1.5M Z A1:17M0.3010 Z A:420Z A1:17M0.000180 Z W:1.5M Z S:45M0.1318 Z A:420Z S:45M0.00003788 注:表中下标W为水,A为空气,Al为铝,S为钢 从表1中可以看出,超声波在从空气入射到被测试块,要损失大约80dB,当其再出射到空气中还要发生同样的衰减,大约要损失150dB以上。因此,巨大的特性阻抗差是空气耦合超声检测技术一个主要困难。 第26卷第8期增刊 仪　器　仪　表　学　报 2005年8月