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高靈敏度空氣耦合超聲波檢測系統(tǒng)
日本探頭株式會社(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。
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,并將接收信號進(jìn)行成像處理,必須解決三個問題: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。
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運(yùn)動機(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,所有的信號在采集過程中都是原始波形,不使用信號處理。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。
以下部分是NAUT21空氣耦合超聲檢測系統(tǒng)各個部分具體參數(shù)。
(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 |
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) |
圖4 機(jī)械部分
No. | 項(xiàng)目 | 規(guī)格 |
1 | X軸行程 | 400mm 自動 |
2 | Y軸行程 | 400mm 自動 |
3 | Z軸行程 | 150mm 手動 |
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 |
No. | 項(xiàng)目 |
1 | 兩側(cè)2探透射法(垂直透射和斜角透射) |
2 | 單側(cè)2探透射法 |
3 | 單側(cè)2探導(dǎo)波檢測法 |
1. 支持Windows 7操作系統(tǒng)
3.隨意移動光標(biāo)
2. 高級的數(shù)據(jù)分析功能
具體包括:
①分析A掃數(shù)據(jù);
②統(tǒng)計(jì)特性;
③注釋功能;
④原始數(shù)據(jù)濾波;
⑤C掃時(shí),同時(shí)可顯示聲波波形圖6 C掃描成像例
⑥強(qiáng)大的調(diào)色板功能;
Japan Probe針對不同應(yīng)用和材料開發(fā)了不同頻率和外形的探頭:點(diǎn)聚焦探頭、線聚焦探頭及平面探頭(見圖7)。同時(shí)根據(jù)特殊需求,可以制作專用探頭。針對大多數(shù)應(yīng)用案例,Japan Probe提出標(biāo)準(zhǔn)探頭包,即兩個0.4K20NR40空氣耦合超聲波探頭, 頻率400kHz, 直徑20mm,鋁制外殼,頂部有Lemo0接口。
該探頭包不能滿足所有應(yīng)用需求,因?yàn)槭褂貌煌筋^檢測時(shí)受到材料聲阻抗的影響,導(dǎo)致檢測效果也不同。建議用戶應(yīng)根據(jù)不同檢測材料配備不同類型的探頭。
圖7 空氣耦合探頭種類
橫式
立式
多通道
空耦水浸兩用型
暫無數(shù)據(jù)!