空氣耦合超聲

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產(chǎn)品介紹

高靈敏度空氣耦合超聲波檢測系統(tǒng)

日本探頭株式會(huì)社（Japan Probe Co.， Ltd）是具有30多年歷史的專業(yè)生產(chǎn)超聲波探頭、超聲波發(fā)射接收器和檢測系統(tǒng)的廠家，日本探頭株式會(huì)社（Japan Probe Co.， Ltd）利用自己的高新技術(shù)和豐富經(jīng)驗(yàn)，針對不能用耦合劑無損檢測的方法研究，經(jīng)過多年努力和發(fā)展，終于研制成稱之為“高靈敏度非接觸空氣耦合超聲波檢測系統(tǒng)（Non-Contact Air Coupled Ultrasonic Testing簡稱NAUT）”。NAUT可以廣泛應(yīng)用于以下材料檢測：復(fù)合材料、鋰離子電池、剎車墊，陶瓷材料、混凝土、木材、橡膠、塑料、泡沫以及其他不能使用耦合劑的材料。

1.1非接觸式超聲

非接觸式超聲與常規(guī)超聲檢測類似，其區(qū)別是非接觸式超聲不需要聲耦合劑涂抹在待檢測工件上，就能很好的將超聲波從發(fā)射探頭通過空氣傳播到待測工件中。常用聲耦合劑包括機(jī)油、膠體、水等，這些耦合劑需要清理，通常會(huì)使得整套系統(tǒng)變得笨重，使得工作場所變得很臟亂。對于NAUT來說，周圍環(huán)境空氣就是其聲耦合劑，高溫低溫工件及不適合用聲耦合劑的工件也能進(jìn)行超聲波無損檢測。

在研制此系統(tǒng)時(shí)，為了使超聲波有效的發(fā)射到空氣中，穿過檢測工件，并將接收信號(hào)進(jìn)行成像處理，必須解決三個(gè)問題：一，研制聲阻抗匹配層材料，實(shí)現(xiàn)探頭和空氣的耦合；第二，研制超高功率發(fā)射接收，實(shí)現(xiàn)向空中發(fā)射高功率的超聲波；第三，研制前置放大器，實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)的低噪音增幅。通過多年的努力，終于成功的研制成了“高靈敏度非接觸空氣耦合超聲波檢測系統(tǒng)（Non-Contact Air Coupled Ultrasonic Testing），打開了21世紀(jì)的超聲無損檢測的新紀(jì)元，我們將它命名為NAUT21，目前，NAUT21檢測系統(tǒng)在復(fù)合材料、鋰離子電池、剎車墊，陶瓷材料、混凝土、木材、橡膠、塑料以及其他材料的檢測上得到了很好的應(yīng)用?，F(xiàn)在廣銷日本、英國、韓國、美國、中國等國家，并受到客戶的一致好評(píng)。

1.2NAUT21檢測和分析

所有的C掃描成像都是使用空氣耦合超聲穿透法通過兩軸電動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。空氣耦合超聲波穿透法：超聲波從空氣中發(fā)射到被檢查材料內(nèi)部，透過的超聲波到達(dá)接收探頭。通過透射的超聲波峰值的大小來判斷被檢查材料內(nèi)部是否存在缺陷。如下圖1所示。

（a）NAUT21 平面檢測（b）NAUT21-R曲面檢測

圖1 高靈敏度非接觸空氣耦合超聲波檢測系統(tǒng)的外觀圖

圖2 非接觸空氣耦合超聲波檢測原理

檢測方法為穿透式，將工件放置在兩探頭中間，探頭對稱放置在工件兩側(cè)，以保證超聲波垂直入射到工件中，所有的信號(hào)在采集過程中都是原始波形，不使用信號(hào)處理。在C掃描成像中，紅色代表超聲穿透能量高，藍(lán)色代表超聲穿透能量低。

2產(chǎn)品參數(shù)

以下部分是NAUT21空氣耦合超聲檢測系統(tǒng)各個(gè)部分具體參數(shù)。

2.1超聲波發(fā)射接收器

（a）正面圖像（b）背面圖像

MUX-16多通路轉(zhuǎn)換器

（c）JPR-600C的擴(kuò)展應(yīng)用例

圖3 JPR－600C超聲波發(fā)射接收器外觀圖

圖3（a）和（b）為JPR－600C超聲波發(fā)射接收器的正面圖和背面圖，為單通道。用戶可根據(jù)實(shí)際檢測需要選購多通道轉(zhuǎn)換器，如圖3（c）所示的與16通道轉(zhuǎn)換器連接，可擴(kuò)展為16通道。JPR－600C具體參數(shù)見表2。

表2 JPR－600C具體參數(shù)

發(fā)射
脈沖形式	矩形波：脈沖串，線性調(diào)頻波
脈沖電壓	10 ~ 600V 10V步進(jìn)
波數(shù)	1~ 300
發(fā)射頻率	30kHz?10MHz 30kHz?100kHz　1kHz 步進(jìn)； 100kHz?1MHz　10kHz 步進(jìn) 1MHz?10MHz　100kHz 步進(jìn)
啟動(dòng)時(shí)間	20ns(10% ~ 90%)
衰減阻尼	100， 200， 500， 1000Ω(可通過軟件切換)
工作方式	脈沖回波法，透射法，內(nèi)部或外部同步法
內(nèi)部同步重復(fù)頻率	0.5，1.0，2.0，4.0，8.0kHz.
外部同步重復(fù)頻率	Max 8kHz
外部同步輸入	+5V -0V下降（TTL（生存時(shí)間））D－SUB 接口（9針）
外部同步輸出	0v +5v上升同軸電纜接口
基本時(shí)鐘	100MHz
線性調(diào)頻波	調(diào)頻比: -4.0～4.0
接收
頻率帶寬	300Hz?30MHz
增益	0 ~ 80 dB（加置放大器總增益140dB）單步0.3dB
輸入阻抗	10kΩ
輸出阻抗	50Ω
高通濾波器	0.01，0.2，1.0MHz
低通濾波器	1.0，2.0，5.0MHz
衰減	100， 200， 500， 1000Ω(可通過軟件切換)
AD控制器
頻率范圍	~ 50MHz
ADC分辨率	10bits
采樣頻率	100，50，20，10，5，2，1，0.5Ms/s(可通過軟件切換控制)
控制	通過USB接口與計(jì)算機(jī)連接進(jìn)行控制
主要端口	6針接口：專用電纜線與前置放大器連接 BNC接口：脈沖輸入（R）/ 輸出 (T/R) 同軸電纜接口：射頻(RF) / 觸發(fā)(TRIG)輸出 USB接口: 與計(jì)算機(jī)連接 RS232接口：與多通道轉(zhuǎn)換器連接，進(jìn)行通道切換控制
軟件	高級(jí)控制和分析軟件包；LABVIEW函數(shù)庫；可進(jìn)行2次開發(fā)
主要功能	波形位置檢出、聲速計(jì)算、快速傅里葉變換（FFT）分析、FFT濾波器；波形保存，讀出，平均計(jì)算（max256），波形連續(xù)保存；可發(fā)射線性調(diào)頻波，進(jìn)行多頻信號(hào)控制；進(jìn)行脈沖壓縮處理(脈沖波 / 脈沖串/ 線性調(diào)頻波)。
電源	100 ~240V AC
尺寸	320 (W)mm X280(D)mm X 88(H) mm
重量	4.9kg
電力容量	10 W
使用溫度	5~40°C

2.2前置放大器

圖4 前置放大器

表3 PR－60A具體參數(shù)：

項(xiàng)目	規(guī)格
増益(dB)	40dB 通頻帶 60dB (帶通濾波器：100，200，400，800kHz)
頻率特性	0～3MHz
接口	6針接口：專用電纜線與發(fā)射接收器連接 BNC接口：與探頭連接
尺寸(mm)	66(W)X100(D)X47(H)

2.3機(jī)械裝置

圖4 機(jī)械部分

No.	項(xiàng)目	規(guī)格
1	X軸行程	400mm 自動(dòng)
2	Y軸行程	400mm 自動(dòng)
3	Z軸行程	150mm 手動(dòng)
4	掃描速度	1～300mm/sec (1mm/sec step)
5	掃描間距	0.1mm～20mm (0.1mm step)
6	單軸精度	±0.02mm
7	兩維空間定位精度	±0.05mm
8	分辨率	0.02mm