高灵敏度空气耦合超声波检测系统

日本探头株式会社（Japan Probe Co., Ltd）是具有30多年历史的专业生产超声波探头、超声波发射接收器和检测系统的厂家，日本探头株式会社（Japan Probe Co., Ltd）利用自己的高新技术和丰富经验，针对不能用耦合剂无损检测的方法研究，经过多年努力和发展，终于研制成称之为“高灵敏度非接触空气耦合超声波检测系统（Non-Contact Air Coupled Ultrasonic Testing 简称NAUT）”。NAUT可以广泛应用于以下材料检测：复合材料、锂离子电池、刹车垫，陶瓷材料、混凝土、木材、橡胶、塑料、泡沫以及其他不能使用耦合剂的材料。

1.1       非接触式超声

非接触式超声与常规超声检测类似，其区别是非接触式超声不需要声耦合剂涂抹在待检测工件上，就能很好的将超声波从发射探头通过空气传播到待测工件中。常用声耦合剂包括机油、胶体、水等，这些耦合剂需要清理，通常会使得整套系统变得笨重，使得工作场所变得很脏乱。对于NAUT来说，周围环境空气就是其声耦合剂，高温低温工件及不适合用声耦合剂的工件也能进行超声波无损检测。

在研制此系统时，为了使超声波有效的发射到空气中，穿过检测工件，并将接收信号进行成像处理，必须解决三个问题：一，研制声阻抗匹配层材料，实现探头和空气的耦合；第二，研制超高功率发射接收，实现向空中发射高功率的超声波；第三，研制前置放大器，实现接收信号的低噪音增幅。通过多年的努力，终于成功的研制成了“高灵敏度非接触空气耦合超声波检测系统（Non-Contact Air Coupled Ultrasonic Testing），打开了21世纪的超声无损检测的新纪元，我们将它命名为NAUT21，目前，NAUT21检测系统在复合材料、锂离子电池、刹车垫，陶瓷材料、混凝土、木材、橡胶、塑料以及其他材料的检测上得到了很好的应用。现在广销日本、英国、韩国、美国、中国等国家，并受到客户的一致好评。

1.2      NAUT21检测和分析

所有的C扫描成像都是使用空气耦合超声穿透法通过两轴电动运动机构来实现。空气耦合超声波穿透法：超声波从空气中发射到被检查材料内部，透过的超声波到达接收探头。通过透射的超声波峰值的大小来判断被检查材料内部是否存在缺陷。如下图1所示。

（a）NAUT21 平面检测                                         （b）NAUT21-R曲面检测

图1 高灵敏度非接触空气耦合超声波检测系统的外观图

图2 非接触空气耦合超声波检测原理

检测方法为穿透式，将工件放置在两探头中间，探头对称放置在工件两侧，以保证超声波垂直入射到工件中，所有的信号在采集过程中都是原始波形，不使用信号处理。在C扫描成像中，红色代表超声穿透能量高，蓝色代表超声穿透能量低。

2  产品参数

以下部分是NAUT21空气耦合超声检测系统各个部分具体参数。

2.1       超声波发射接收器

（a）正面图像                                        （b）背面图像

（c）JPR-600C的扩展应用例

图3 JPR－600C超声波发射接收器外观图

图3（a）和（b）为JPR－600C超声波发射接收器的正面图和背面图，为单通道。用户可根据实际检测需要选购多通道转换器，如图3（c）所示的与16通道转换器连接，可扩展为16通道。JPR－600C具体参数见表2。

表2  JPR－600C具体参数

2.2       前置放大器

图4  前置放大器

表3   PR－60A具体参数：

2.3       机械装置

图4 机械部分

2.3      支持检测方法

2.4       数据处理系统

1. 支持Windows 7操作系统

3.随意移动光标

2. 高级的数据分析功能

具体包括：

①分析A扫数据；

②统计特性；

③注释功能；

④原始数据滤波；

⑤C扫时，同时可显示声波波形                             图6 C扫描成像例

⑥强大的调色板功能；

2.5      探头库

Japan Probe针对不同应用和材料开发了不同频率和外形的探头：点聚焦探头、线聚焦探头及平面探头（见图7）。同时根据特殊需求，可以制作专用探头。针对大多数应用案例，Japan Probe提出标准探头包，即两个0.4K20NR40空气耦合超声波探头, 频率400kHz, 直径20mm,铝制外壳,顶部有Lemo0接口。

该探头包不能满足所有应用需求，因为使用不同探头检测时受到材料声阻抗的影响，导致检测效果也不同。建议用户应根据不同检测材料配备不同类型的探头。

图7  空气耦合探头种类

2.6       空气耦合超声波检测系统类型

横式

立式

多通道

空耦水浸两用型