空氣耦合式超聲波無損檢測技術(shù)的發(fā)展

超聲波在無損檢測領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但傳統(tǒng)的檢測方法需要使用專門的耦合劑或采用水浸法來減少超聲波在空氣中傳播的損失，限制了它的應(yīng)用范圍(例如，傳統(tǒng)超聲檢測方法就不適合下列物品或場合：多孔滲水材料、食品、藥品、木制品以及在線運(yùn)動部件，對水或其他耦合劑敏感的場合，禁止接觸的醫(yī)用領(lǐng)域等)，也很難獲得高的檢測速度。空氣耦合式超聲波無損檢測技術(shù)較好地彌補(bǔ)了這方面的不足，它具有非接觸、非侵入、完全無損的特點，特別是能夠?qū)崿F(xiàn)快速在線掃查，使得該技術(shù)有著很好的應(yīng)用前景。

空氣耦合式超聲波無損檢測屬于非接觸超聲檢測的一種。目前在非接觸超聲檢測中主要還有激光超聲檢測和電磁超聲檢測，前者在高熔點金屬和陶瓷材料檢測中是可行的，但對熱和沖擊敏感的材料難以應(yīng)用；后者目前主要適用于鐵磁性材料中。

在不采取特殊手段的情況下，早期空氣耦合式超聲波無損檢測與普通水耦合系統(tǒng)相比，由于有四次氣固界面的耦合過程，所以其信號幅值要低約140dB；另外，換能器材料與空氣聲阻抗的嚴(yán)重不匹配，也使得空氣耦合超聲換能器的效率低、頻帶窄、脈沖余振長，從而導(dǎo)致空氣耦合超聲波檢測系統(tǒng)無法達(dá)到一般超聲檢測系統(tǒng)的靈敏度、信噪比和分辨率。所以，長期以來，該技術(shù)沒有得到很好發(fā)展。

空氣耦合式超聲換能器的發(fā)展

空氣耦合式超聲波檢測過程中，超聲波的傳播主要受三方面影響：超聲波在空氣中的衰減、氣固表面超聲波的大量反射和超聲換能器的轉(zhuǎn)換效率。這三方面的影響使得超聲波傳播過程中插入損耗非常高，其中前兩者在空氣耦合式超聲波檢測條件下為自然現(xiàn)象，無法改變。為了進(jìn)行高質(zhì)量信號處理和成像，必須獲得高信噪比的信號。所以，高效率、高靈敏度的空氣耦合式換能器的研究是此項技術(shù)的核心，解決的方法主要有兩種。

從傳統(tǒng)的壓電陶瓷超聲換能器出發(fā)，在傳感器外表面增加四分之一波長厚度阻抗匹配層，亦或改進(jìn)傳感器的結(jié)構(gòu)等方法，制作適應(yīng)以空氣作介質(zhì)的換能器。

空氣耦合式超聲波無損檢測方法

空氣耦合式超聲波無損檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)超聲無損檢測系統(tǒng)類似，可通過對已有檢測系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)改造來實現(xiàn)，重點是需要與傳感器相匹配的功率放大器和超低噪聲前置信號放大器。它的檢測方式也有多種。

（1）穿透式檢測。測試件兩邊各有一個發(fā)射傳感器和接收傳感器。這種檢測方式下，可以接收到多種信號，

（2）脈沖回波檢測。該檢測方式多用于表面特性分析和成像。由于試件底面回波信號往往易被試件表面反射信號所淹沒，所以較少用于對試件內(nèi)特性檢測。

（3）斜入射同/異側(cè)檢測方式。發(fā)射傳感器和接收傳感器在試件同側(cè)或異側(cè)。通過調(diào)整入射角度，該方式可在試件內(nèi)產(chǎn)生縱波、橫波、表面波和Lamb波等。