高灵敏度非接触空气耦合超声波检查

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1、2011年5月12日中日「超声波非破坏检查最先端技术研讨会暨仪器展示会」@广州高灵敏度非接触空气耦合超声波检查技术的开发及其应用JapanProbeCo,.Ltd常俊杰chang@jp-probe.comjunjiechang@hotmail.com非接触空气耦合超声波检查法Non-ContactAirCoupledUltrasonicTesting简称ＮＡＵＴ空气耦合超声波检查与通常超声波检查的比较耦合剂探头探头超声波试验体空气试验体(a)通常的超声波检查(b)非接触空中超声波检查ＮＡＵＴ的优点(１)

2、探头在走查时，可发射接收稳定的信号(２)不能使用耦合剂的试验体，也能进行超声波检查(３)直接接触法很难实现的高温/低温材料、狭窄区域及复杂形状的试验体都可实现ＮＡＵＴ工具（１）高能率发射接收器　　　１）矩形脉冲串　　　２）电压、发射频率、波数可调（２）高灵敏度的空中超声波探头（３）前置放大器（60dB）「空气耦合非接触超声波检测系统」NAUT21「空气耦合非接触超声波检测系统」NAUT21①高功率发射接收器③前置放大器②高灵敏度空气耦合1）矩形脈沖串（60dB以上）超声波探头2）线性调频脉冲3）电压、频

3、率、波数、增幅可调超声波信号发射接收器外形尺寸：３２０（Ｗ）×２８０（Ｄ）×６６（Ｈ）重量:3.8ｋg与前置放大器组合增幅：合计１４０ｄＢ频率、波数、线性调频比等可调ＪＰＲ－300Ｃ矩形脉冲串可以发射接收线性调频波矩形脉冲串一般的尖脉冲灵敏度矩形脉冲提高灵敏度矩形脉冲串大幅提高波数N=1～300空气耦合探头的结构图接头密封壳信号线背衬吸收块（阻尼块）空气复合材料晶片电极保护膜（耦合层）空气耦合超声波探头(a)平面探头(ｂ)点聚焦探头(ｃ)线聚焦探头点聚焦探头的音场分布频率８００ＫＨｚ频率１ＭＨｚ晶片直径

4、２０mm、集束距离：２０mm非接触空气耦合检查的主要应用领域(1)複合材料（CFRP,GFRP）的层间剥离检查(2)锂离子电池电解液分布及气孔的检查(3)刹车垫的接合状态检查(4)粘结状态的检查(5)薄板(~mm)的探伤检查(6)塑料泡沫材料的内部检查(7)橡胶、木材、塑料以及压电材料等的检查(8)水位、气体浓度的测量(9)溶射被覆层的评价(10)建筑用钢筋混凝土的检查(11)不使用耦合剂的其他超声波检查空气耦合探头探伤时的主要使用方法TT/RRTR底面反射法表面反射法（V透射法）透射法RTRGuide

5、dWaveT表面波RTGuidedWave纵波或横波底面反射法（表面波）导波粘接质量的测试应用试验片两枚薄树脂片测试结果非接触空中超声波检查(NAUT)的CFRP成像直径１ｍｍ异物可以检出撞击产生的层间剥离(a)层间剥离的成像(b)在试验体上放置树脂薄层（模拟空气层）探头频率：８００KHｚ枪击穿通孔・层间剥离试验的成像Φ1mm的铁球以4km/sec的速度冲击、使CFRP产生通孔通孔通孔层间脱落層間剥離聚碳酸酯树脂环氧樹脂(T=2mm)(T=2mm)真空树脂含浸制造法（VaRTM）CFRP（厚10mm）试

6、验片（强度检查）JAXA,低成本制造CFRP的新方法,宽：１００mm，长：１５０mm正在寻找非破坏检查方法！(Ｃ)荷重大（ａ）荷重小(b)荷重中CFRP落雷损伤状况的观察(a)落雷损伤的照片(b)NAUT的损伤观察确认覆盖金属皮膜的CFRP落雷损伤观察覆盖金属皮膜的碳纤维强化复合材料(a)落雷损伤的照片(b)NAUT的损伤观察确认拉伸试验后CFRP的层间剥离举动观察（a）应变计（ｂ）NAUT的通空附近层间剥离的观察玻璃纤维强化复合材料（GFRP）及橡胶的成像　　ＧＦＲＰ　(T＝25mm)　　　ゴム　橡胶

7、(T＝6mm)使用探头使用探头[送信]　0.4K14×20N　平面探头[送信]　0.4K14×20N　平面探头[受信]　0.4K20N-R38　点聚焦探头[受信]　0.4K20N-R38　点聚焦探头玻璃纤维强化复合材料GFRP成像存在缺陷超声波不透射风车用GFRP橡胶材料的成像模拟缺陷火箭用固体燃料的密度检测发射频率:200ｋHz25mm角　:探头距离:220mm测试材料:150mm固体燃料（火箭用）固体燃料质量不均(a)透射法(b)透射波匀会发生重大事故锂离子电池检查的应用●是否存在空气层的检查●电解

8、液浸透程度的检查●固胶化程度的检查●电池周围积层薄膜接合状态的检查●其他的检查锂离子电池测试结果Ⅳ锂离子电池探头：点聚焦探头锂离子电池试验状态锂离子电池测试结果（完好品）C显示成像实物照片测试结果锂離子電池測試結果（有缺陷）模擬空氣層φ10,7,5,3,2C顯示成像實物照片測試結果锂离子电池测试结果Ⅴ各种形状的模拟空气层C扫描成像φ10mmφ7mmφ5mmΦ3mmφ2mm实物照片测试结果锂离子电池测试结果Ⅰ90度旋轉电解液分布均匀完好品锂离