空气换能器的研制及应用

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1、摘要空气换能器由于其具有非接触，扫查快速、不需要耦合剂等优点，在国外已经有了较大的发展。本文主要进行以下几方面的工作。1．首先简单介绍国外常用几类空气换能器，并根据实验室的条件，从中选择合适的换能器，参照国外空气换能器的加工工艺进行加工，在制成实物后对其声场特性进行理论分析，在这个基础上对声场进行检测，与理论分析进行比较，评定其性能。2．在自身的检测仪器上作进一步的改进，增强发射功率，以达到能利用空气换能器检测的目的。3．通过添加前置放大器及滤波器，建立空气换能器检测装置，利用空气换能器对陶瓷材料，金属材

2、料、非金属材料进行穿透检测，检验空气换能器的穿透能力，判断材料的致密状况。成功地利用共振频率判断出木板厚度。关键词：空气换能器耦合声场检测AbstractAir-coupledultrasonictransducer,whichhasachievedaconsiderabledevelopmentabroad，doesnotrequiretraditionalultrasoniccouplingandcontactrequirements．IIlthisthesis，someeffortshavebeen

3、done，asfollows：1．First，thisthesisintroducedseveraltypesofair-coupledultrasonictransducersincommonuseabroad．Undertheexperimentalcondition，thepropertypesoftransducersarechoseandmanufacturedaccordingastheadvancedprocesstechnique．Theoreticalanalysisonsoundfie

4、ldshasbeenpresented，followedbythetesting．Thetheoreticalanalysisiscomparedwiththepracticaltesting．Theperformanceofthesetransducersisevaluated．2．Thetransmitterpowerhasbeenenhancedbytheimprovementofthetestinginstrumentinordertodoinspectionworkwiththeair-coup

5、ledultrasonictransducers．3．Detectingequipmentissetupbylayingpreamplifierandfilter．Withtheair-coupledultrasonictransducers，theceramic，metalandnonmetalcompositematerialscanbepenetratedandinspected．Thepenetration-capabilityofair-coupledtransducersistested，as

6、wellasthequalityofmaterials．Thethicknessofplankhasbeendeducedsuccessfullybyusingresonancefrequency．Keywords：air-coupledultrasonictransducercouplingsoundfieldtest⑨嗽囊§1．I空气耦合超声检测的历史第一章绪论许多年来，超声技术的应用者认识到，在某些场合用水或其它耦合剂来耦合不切实际，因此想利用空气作为耦合剂。在70年代，空气耦合超声用来检测木制品和

7、IB轮胎【11[21，在SonatcstPlc，有人研制出500KHz的空气换能器，用于检测复合材料，然而这些应用受到了技术的限制，在灵敏度，穿透性及分辨率等技术指标上均很难达到要求。到八十年代末，由ChrisFortunkoofNIST及BillGrandiaofQMI(均已逝世)倡导提高中等频率的聚焦换能器及仪器的灵敏度。其意味着空气耦合技术，在某些情况下可以产生与水耦合超声技术相同的效果。§1．2空气耦合超声检测现状当前，在空气中发射和接收超声波及以气体为耦合介质进行超声检测己发展成检测声学的一个重

8、要领域。气介式超声检测的优点主要表现在两个方面：一是其非接触式检测方式，适合于无法使用水或其它耦合剂的许多应用领域；二是气体中声波波长短，在气体中进行成像或测距具有更高的分辨率和精度。三是适合大面积快速扫查并成像。低频空气超声换能器在距离测量、室内报警、导盲等方面已经得到了广泛应用。它们都以从固体界面反射回来的声波为信息载体，主要反映反射物表面的位置或声学特性。另一类应用需要使声波透入固体，以检测固体样品中的缺陷等。这就是空气