空氣耦合超聲波技術(shù)，作為一種高效且無損的檢測(cè)方法，近年來在工業(yè)領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。利用空氣作為耦合介質(zhì)，無需與被測(cè)物體直接接觸，即可實(shí)現(xiàn)高精度的檢測(cè)與成像。它能夠檢測(cè)在用CFRP板中的缺陷確保其應(yīng)用安全，但傳統(tǒng)的空氣耦合超聲方法通常依賴于線性缺陷指數(shù)在表征小尺寸缺陷方面無效。此外掃描步長(zhǎng)限制了它們的成像空間分辨率，導(dǎo)致成像空間分辨率與檢測(cè)效率之間的矛盾。

為了解決上述問題，來自哈爾濱工業(yè)大學(xué)儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)，提出了非線性缺陷指數(shù)和自適應(yīng)加權(quán)成像算法。該研究成果發(fā)表在工程機(jī)械領(lǐng)域研究國(guó)際期刊《Mechanical Systems and Signal Processing》中，今天Aigtek就給大家深入分享一下。

實(shí)驗(yàn)名稱：ATA-2041高壓放大器在CFRP板分層缺陷的空耦超聲原位測(cè)量中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)方向：復(fù)合材料無損檢測(cè)

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：ATA-2041高壓放大器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，壓電陶瓷片，數(shù)據(jù)采集卡，示波器，PC 等

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

空氣耦合超聲技術(shù)非線性缺陷指數(shù)和自適應(yīng)加權(quán)成像算法中，非線性缺陷指數(shù)使用蘭姆波的相對(duì)非線性系數(shù)增強(qiáng)檢測(cè)小尺寸缺陷的能力。考慮到波束寬度，自適應(yīng)加權(quán)成像算法構(gòu)造了任意成像點(diǎn)與所有成像點(diǎn)之間的關(guān)系掃描路徑。此時(shí)，成像空間分辨率可以任意設(shè)置，消除了取決于掃描步長(zhǎng)。

實(shí)驗(yàn)過程：

任意信號(hào)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生漢寧窗調(diào)制中心頻率為200kHz的正弦脈沖信號(hào)。隨后采用電壓功率放大器將激勵(lì)信號(hào)電壓提高到400Vpp，以確保空氣耦合換能器激發(fā)足夠的聲學(xué)能量。由XZ調(diào)節(jié)平臺(tái)調(diào)節(jié)兩個(gè)空氣耦合超聲換能器之間的水平距離以及空氣耦合超聲傳感器和CFRP板之間的垂直距離。

角度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)空氣耦合超聲換能器的入射角和接收角θ，確保空耦超聲換能器在CFRP板中產(chǎn)生Lamb波，并消除直達(dá)波的干擾。XY運(yùn)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)0°纖維方向和90°纖維方向的步進(jìn)掃描。由于空氣中的信號(hào)衰減較大，前置放大器對(duì)空耦超聲換能器的接收信號(hào)進(jìn)行放大。高速采集卡采集回波信號(hào)并上傳至上位機(jī)進(jìn)行處理和成像。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的非線性缺陷指數(shù)可以比線性缺陷指數(shù)更準(zhǔn)確地表征小尺寸缺陷缺陷指數(shù)。當(dāng)增加掃描步長(zhǎng)以提高檢測(cè)效率時(shí)自適應(yīng)加權(quán)成像算法可以獲得更好的成像空間分辨率對(duì)傳統(tǒng)的缺陷概率成像算法進(jìn)行了改進(jìn)。

對(duì)于直徑為10mm的小缺陷，所提出的方法的面積檢測(cè)誤差僅為7.8%，而傳統(tǒng)的該方法的誤差為22.4%。

實(shí)驗(yàn)中用到的ATA-2041高壓放大器的參數(shù)指標(biāo)：