空氣耦合超聲波技術(shù)，作為一種高效且無損的檢測方法，近年來在工業(yè)領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。其獨(dú)特之處在于利用空氣作為耦合介質(zhì)，無需與被測物體直接接觸，即可實(shí)現(xiàn)高精度的檢測與成像。它能夠檢測在用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。此外掃描步長完全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，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)域知名研究國際期刊《Mechanical Systems and Signal Processing》中，今天Aigtek就給大家深入分享一下。

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

實(shí)驗方向：復(fù)合材料無損檢測

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

實(shí)驗內(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)使用蘭姆波的相對非線性系數(shù)增強(qiáng)檢測小尺寸缺陷的能力。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，成像空間分辨率可以任意設(shè)置，消除了取決于掃描步長。

實(shí)驗過程：

任意信號函數(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。隨后采用電壓功率放大器將激勵信號電壓提高到400Vpp，以確?？諝怦詈蠐Q能器激發(fā)足夠的聲學(xué)能量。由XZ調(diào)節(jié)平臺調(diào)節(jié)兩個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?？振畛晸Q能器在CFRP板中產(chǎn)生Lamb波，并消除直達(dá)波的干擾。XY運(yùn)動平臺實(shí)現(xiàn)0°纖維方向和90°纖維方向的步進(jìn)掃描。由于空氣中的信號衰減較大，前置放大器對空耦超聲換能器的接收信號進(jìn)行放大。高速采集卡采集回波信號并上傳至上位機(jī)進(jìn)行處理和成像。

實(shí)驗結(jié)果：

實(shí)驗結(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)增加掃描步長以提高檢測效率時自適應(yīng)加權(quán)成像算法可以獲得更好的成像空間分辨率對傳統(tǒng)的缺陷概率成像算法進(jìn)行了改進(jìn)。

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

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

審核編輯 黃宇