空氣耦合式超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展

超聲波在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但傳統(tǒng)的檢測(cè)方法需要使用專門(mén)的耦合劑或采用水浸法來(lái)減少超聲波在空氣中傳播的損失，限制了它的應(yīng)用范圍(例如，傳統(tǒng)超聲檢測(cè)方法就不適合下列物品或場(chǎng)合：多孔滲水材料、食品、藥品、木制品以及在線運(yùn)動(dòng)部件，對(duì)水或其他耦合劑敏感的場(chǎng)合，禁止接觸的醫(yī)用領(lǐng)域等)，也很難獲得高的檢測(cè)速度?？諝怦詈鲜匠暡o(wú)損檢測(cè)技術(shù)較好地彌補(bǔ)了這方面的不足，它具有非接觸、非侵入、完全無(wú)損的特點(diǎn)，特別是能夠?qū)崿F(xiàn)快速在線掃查，使得該技術(shù)有著很好的應(yīng)用前景。

空氣耦合式超聲波無(wú)損檢測(cè)屬于非接觸超聲檢測(cè)的一種。目前在非接觸超聲檢測(cè)中主要還有激光超聲檢測(cè)和電磁超聲檢測(cè)，前者在高熔點(diǎn)金屬和陶瓷材料檢測(cè)中是可行的，但對(duì)熱和沖擊敏感的材料難以應(yīng)用；后者目前主要適用于鐵磁性材料中。

在不采取特殊手段的情況下，早期空氣耦合式超聲波無(wú)損檢測(cè)與普通水耦合系統(tǒng)相比，由于有四次氣固界面的耦合過(guò)程，所以其信號(hào)幅值要低約140dB；另外，換能器材料與空氣聲阻抗的嚴(yán)重不匹配，也使得空氣耦合超聲換能器的效率低、頻帶窄、脈沖余振長(zhǎng)，從而導(dǎo)致空氣耦合超聲波檢測(cè)系統(tǒng)無(wú)法達(dá)到一般超聲檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度、信噪比和分辨率。所以，長(zhǎng)期以來(lái)，該技術(shù)沒(méi)有得到很好發(fā)展。

空氣耦合式超聲換能器的發(fā)展

空氣耦合式超聲波檢測(cè)過(guò)程中，超聲波的傳播主要受三方面影響：超聲波在空氣中的衰減、氣固表面超聲波的大量反射和超聲換能器的轉(zhuǎn)換效率。這三方面的影響使得超聲波傳播過(guò)程中插入損耗非常高，其中前兩者在空氣耦合式超聲波檢測(cè)條件下為自然現(xiàn)象，無(wú)法改變。為了進(jìn)行高質(zhì)量信號(hào)處理和成像，必須獲得高信噪比的信號(hào)。所以，高效率、高靈敏度的空氣耦合式換能器的研究是此項(xiàng)技術(shù)的核心，解決的方法主要有兩種。

從傳統(tǒng)的壓電陶瓷超聲換能器出發(fā)，在傳感器外表面增加四分之一波長(zhǎng)厚度阻抗匹配層，亦或改進(jìn)傳感器的結(jié)構(gòu)等方法，制作適應(yīng)以空氣作介質(zhì)的換能器。

空氣耦合式超聲波無(wú)損檢測(cè)方法

空氣耦合式超聲波無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)超聲無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)類(lèi)似，可通過(guò)對(duì)已有檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)改造來(lái)實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)是需要與傳感器相匹配的功率放大器和超低噪聲前置信號(hào)放大器。它的檢測(cè)方式也有多種。

（1）穿透式檢測(cè)。測(cè)試件兩邊各有一個(gè)發(fā)射傳感器和接收傳感器。這種檢測(cè)方式下，可以接收到多種信號(hào)，

（2）脈沖回波檢測(cè)。該檢測(cè)方式多用于表面特性分析和成像。由于試件底面回波信號(hào)往往易被試件表面反射信號(hào)所淹沒(méi)，所以較少用于對(duì)試件內(nèi)特性檢測(cè)。

（3）斜入射同/異側(cè)檢測(cè)方式。發(fā)射傳感器和接收傳感器在試件同側(cè)或異側(cè)。通過(guò)調(diào)整入射角度，該方式可在試件內(nèi)產(chǎn)生縱波、橫波、表面波和Lamb波等。