4.空气耦合超声检测技术

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1、空气耦合超声检测技术周正干2012-11-11内容空气耦合超声检测技术的基本原理技术优势及技术难点相关研究及其成果国内外发展及应用情况发展趋势内容空气耦合超声检测技术的基本原理技术优势及技术难点相关研究及其成果国内外发展及应用情况发展趋势空气耦合超声检测技术的基本原理空气耦合超声检测技术是以空气作为耦合介质的新型非接触无损检测技术。可用于不适用耦合剂的缺陷检测方面（如陶瓷、蜂窝夹芯/泡沫夹芯复合材料等）;与常规超声检测技术相比，空气耦合超声检测技术除了将空气作为耦合介质之外，在声学传播特性等方面没有本质区别。探头空气AirSPECIMENFS水B1Fil

2、ter&ExcitingW1amplifiersourceFSB2W1WSignalB12Synchronizer度processing幅典型的穿透式空气耦合超声检测原理时间常规水浸底波衰减法原理空气耦合超声检测技术的基本原理常用的空气耦合超声检测方法穿透法空气耦合超声穿透式检测方法与常规超声穿透法类似，发射换能器和接收换能器分别置于试件两侧。通常两换能器轴线重合，与试件垂直。该方式也是空气耦合超声无损检测中应用最普遍的一种。TR试样应用最普遍典型的穿透式空气耦合超声检测法空气耦合超声检测技术的基本原理常用的空气耦合超声检测方法当检测蜂窝部件、三明治零件及泡沫夹心零部

3、件时，不允许使用耦合剂，需要应用非接触式空气耦合超声检测系统，典型的穿透式空气耦合超声检测原理如下图所示。探头发射TTT发射面空气反射路径TT穿透式试试样内试试无缺陷缺陷传输路径样反射路径样样空气接收面反射路径RRRRR透射始波接收5050度幅/mV0/mV0幅值-50幅值05101520-50时间/μs05101520时间/μs时间空气耦合超声检测技术的基本原理常用的空气耦合超声检测方法回波法该检测方式在空气耦合超声检测中多用于表面特性分析和仿形。T/R试样始波影响大空气耦合超声回波检测法空气耦合超声检测技术的基本原理常用的空气耦合超声检测方法同侧法空气耦合超声斜

4、入射检测法可应用于同侧检测，该技术为密闭容器、设备等的在役检测提供了极大便利。检测时发射换能器和接收换能器呈一定角度置于试件同侧。TR样试便于原位检测波形分析困难同侧斜入射检测法空气耦合超声检测技术的基本原理常用的空气耦合超声检测方法其它检测方法异侧非同轴异侧同轴(LAMB波)(非线性)9内容空气耦合超声检测技术的基本原理技术优势及技术难点相关研究及其成果国内外发展及应用情况发展趋势技术优势及技术难点空气耦合超声检测技术的技术优势摆脱材料限制吸水完全无高效损便捷溶解多孔原位检非侵入损伤浸入测摆脱环境限制空气耦高温条件合超声原位检测特种复非接触检测合材

5、料耦合剂难清理可用在不适用耦合剂的缺陷检测方面（如陶瓷、蜂窝夹芯/泡沫夹芯复合材料等的检测）。技术优势及技术难点空气耦合超声检测技术面临的技术难点空气耦合超声与常规超声检测方法最大的区别就是使用空气作为耦合介质，代替原有液体或固体耦合剂，而正因如此，空气耦合超声检测技术的发展面临一定的技术难度。界面反射衰减严重空气中传播衰减严重（界面阻抗差距较大引起）单位声压入反射声压射换能器轴线声压分布幅1值空气0.5归铝一0化050100150200X轴位移/mm透射声压技术优势及技术难点根据声学理论可以计算得出声波穿过材料后的透射率及反射率。例如：透射率:ZCFRP：4.5MR

6、ayl4ZZZair：420Rayl12T2()ZZ12反射率:R：>99%T：<1%ZZ122R()ZCFRP代表CFRP复合材料ZZ12声阻抗；Zair代表空气声阻抗；接收信号幅值低;介质之间声阻抗严重信噪比差;不匹配直接导致分辨率低;13技术优势及技术难点空气耦合超声检测技术面临的技术难点声波透过不同介质后的透射系数及衰减情况对比介质Ⅱ声阻抗/MRayl介质Ⅰ透射系数T衰减/dB水0.11102019黄铜51空气0.00003389水0.11988518锰钢47空气0.00003689水0.29802811铝17空气0.00009980内容空气耦

7、合超声检测技术的基本原理技术优势及技术难点相关研究及其成果国内外发展及应用情况发展趋势相关研究及其成果针对空气耦合超声检测技术国内外关注的研究热点空气耦合超声换能器技术常规压电换能器很难完成空气耦合超声检测任务，因此必须研发适合空气耦合超声检测需求的超声换能器。高功率激励与信号放大装置为了弥补因介质间声阻抗不匹配导致的超声衰减，提高超声发射功率并对接收信号放大就显得非常重要，集成电路的发展进步为超声检测技术提供了极大便利。新型检测方法研究除了常规的穿透式检测技术之外，现已发展出了多种新型检测技术（空