空气耦合式超声波无损检测技术的发展及展望

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1、第26卷第8期增刊仪器仪表学报2005年8月空气藕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)摘要分析了空气藕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健词空气藕合超声波无损检测ProgressandProspectofAir-coupledUltrasonicNon-destructiveEvaluationLouYuanguoWangBaoliangH

2、uangZhiyaoLiHaiying(NationalLaboratoryofIndustrialControlTechnolog3，DepartmentofControlScience乙Engineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)AbstractTherecentprogressofair-coupledultrasonicnon-destructiveevaluationisreviewed.Somepointsofviewabo

3、uttheprospectofair-coupledultrasonicnon-destructiveevaluationarepresented.KeywordsAir-coupledUltrasonicNon-destructiveevaluation引言2空气藕合式超声波检测技术的主要困难超声波在无损检测领域有着广泛的应用，但传统空气同检测对象之间巨大的特性声阻抗差以及空的检测方法需要使用专门祸合剂或用水浸法来减少超气对高频声波较大的吸收率，使普通压电陶瓷的换能声波在空气中传播的损失，限制

4、了它的适用范围。空气器无法实现非接触检测。表1给出了超声波在几种常撰合式超声无损检测技术较好地弥补了这方面的不见介质中传输的特性声阻杭(Z)和传输系数(T)，其足，其非接触、非侵入、完全无损的特点，特别是能够实中，特性声阻抗定义为Z=pV，其单位为:kg/m's，用现快速在线扫查，有着很好的应用前景，但传统的压电Rayl表示。传输系数T表明了超声波从一种介质进陶瓷的换能器无法作为空气报合换能器，因此，研制以人另一种介质中时能量损失的情况，是Z的函数:T=空气为祸合层的超声波换能器是该技术的研究重

5、点。4Z,Z,/(Z,+Z,)0，无量纲。随着显微机械加工技术的发展以及高分子材料技术的软1常见介质的特性声阻抗和传翰系数1,3进步，高效率、高灵敏度的空气拱合式超声波换能器的介质11衰减dB制作取得了较大的突破，加上低噪声，高增益的放大器(*RsMyll)(R.y1)(201ogT)Z-1.5MZ-17M0.30的研制及计算机信号处理技术的发展，使空气藕合式ZA:420Z-17M0.0001超声波无损检测技术有了长足的进步，并在一些领域跳Z-1.5M0.13zs获得了较好的应用成果。文中对国际

6、上在空气藕合超ZA:420;:45M0,000037声波无损检测技术上的研究进展进行了介绍，并对其注:表中下标W为水，A为空气Al为铝，5为钢发展趋势进行了简单的分析从表1中可以看出，超声波在从空气人射到被测试块，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150d$以上‘因此，巨大的特性阻抗差是空气藕合超声检测技术一个主要困难。第8期增刊空气藕合式超声波无损检测技术的发展及展望另外，空气对高频超声波的高吸收率也是不容忽视的，地改变，特别是随着显微加工技术的发展，它的制作

7、成可以用衰竭距离(信号振幅减弱至其初始值的1/e的本会越来越低，并且适合大批量制作特性相同的换能距离)来表示，其与频率成反比关系，当频率为1MHz器，对组成换能器阵歹」非常有利对它的研究主要集中时，大概为5cm，而到了4MHz时，仅为3.lmm，也就在显微加工方法、薄膜材料、理论模型及声场特性等方是说，留给该技术的空间仅有几个厘米DI。正因为如向.,u;此，此项技术在很长一段时间里并没有得到广泛的应用空气3空气摇合式超声波检测技术的发展概况号源金属层抉板近年来，空气祸合式超声波检侧技术的研究重点

8、高分子膜主要是在空气藕合式超声波换能器研制和具体的检测一、一应用上。直流偏压高效率、高灵敏度的空气藕合式换能器的研究是图1静电换能器原理图子此项技术的核心，主要有两个方向:(1)从传统的压电陶瓷超声换能器出发，通过增加辆合层的方法制作适随着换能器研究的进展，利用已有的超声波检酗系统，通过适当的改造来进行无接触检测是一个应用应以空气作介质的换能器;(2)采用显微加工技术制作研究重点。例如通过增加低噪高增益前置放大器，尽可静电换能器。1995年，W.A.Grandia系统地阐述了这能地提高信噪比，已