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空氣耦合超聲
空氣耦合超聲

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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。

1.1非接觸式超聲

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。

1.2NAUT21檢測和分析

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。

aNAUT21 平面檢測bNAUT21-R曲面檢測

1 高靈敏度非接觸空氣耦合超聲波檢測系統(tǒng)的外觀圖

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。

2產(chǎn)品參數(shù)

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)。

2.1超聲波發(fā)射接收器

a)正面圖像b)背面圖像

MUX-16多通路轉(zhuǎn)換器

cJPR-600C的擴(kuò)展應(yīng)用例

3 JPR600C超聲波發(fā)射接收器外觀圖

3a)和(b)為JPR600C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3c)所示的與16通道轉(zhuǎn)換器連接,可擴(kuò)展為16通道。JPR600C具體參數(shù)見表2。

2 JPR600C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(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

0.5,1.0,2.0,4.08.0kHz.

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))DSUB 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: -4.04.0

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

1.02.0,5.0MHz

衰減

100, 200, 500, 1000Ω(通過軟件切換)

AD控制

頻率范圍

~ 50MHz

ADC分辨率

10bits

采樣頻率

100,50,20,10,52,1,0.5Ms/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

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

2.2前置放大器

4 前置放大器

3 PR60A具體參數(shù):

項(xiàng)

規(guī)

(dB)

40dB 通頻帶

60dB (帶通濾波器100,200,400,800kHz)

頻率特性

03MHz

6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)

2.3機(jī)械裝置

4 機(jī)械部分

No.

項(xiàng)

規(guī)

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

1300mm/sec (1mm/sec step)

5

掃描間距

0.1mm20mm (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

2.3支持檢測方法

No.

項(xiàng)

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導(dǎo)波檢測法

2.4數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

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:

分析A掃數(shù)據(jù);

統(tǒng)計(jì)特性;

注釋功能;

原始數(shù)據(jù)濾波;

C掃時(shí),同時(shí)可顯示聲波波形6 C掃描成像例

強(qiáng)大的調(diào)色板功能;

2.5探頭庫

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。

7 空氣耦合探頭種類

2.6空氣耦合超聲波檢測系統(tǒng)類型

橫式

立式

多通道

空耦水浸兩用型

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