闵行区教育局：善作善成跑好大调研“马拉松”

前言

空气耦合超声波技术，作为一种高效且无损的检测方法，近年来在工业领域受到了广泛关注。其独特之处在于利用空气作为耦合介质，无需与被测物体直接接触，即可实现高精度的检测与成像。它 能够检测在用CFRP板中的缺陷确保其应用安全，但传统的空气耦合超声方法通常依赖于线性缺陷指数在表征小尺寸缺陷方面无效。此外扫描步长完全限制了它们的成像空间分辨率，导致成像空间分辨率与检测效率之间的矛盾。

为了解决上述问题，来自 哈尔滨工业大学仪器科学与技术学院的研究团队 ，提出了非线性缺陷指数和自适应加权成像算法。 该研究成果发表在工程机械领域知名 研究 国际期刊 《Mechanical Systems and Signal Processing》 中，今天Aigtek就给大家深入分享一下。

实验名称：

ATA-2041高压放大器 在CFRP板分层缺陷的空耦超声原位测量中的应用

实验方向：

复合材料无损检测

实验设备：

ATA-2041高压放大器、 函数信号发生器，压电陶瓷片，数据采集卡，示波器，PC 等

实验内容：

空气耦合超声技术非线性缺陷指数和自适应加权成像算法中，非线性缺陷指数使用兰姆波的相对非线性系数增强检测小尺寸缺陷的能力。考虑到波束宽度，自适应 加权成像算法构造了任意成像点与所有成像点之间的关系扫描路径。此时，成像空间分辨率可以任意设置，消除了取决于扫描步长。

实验过程：

任意信号函数发生器产生汉宁窗调制中心频率为200kHz的正弦脉冲信号。随后采用电压功率放大器将激励信号电压提高到400Vpp，以确保空气耦合换能器激发足够的声学能量。由XZ调节平台调节两个空气耦合超声换能器之间的水平距离以及空气耦合超声传感器和CFRP板之间的垂直距离。

角度调节器调节空气耦合超声换能器的入射角和接收角θ，确保空耦超声换能器在CFRP板中产生Lamb波，并消除直达波的干扰。XY运动平台实现0°纤维方向和90°纤维方向的步进扫描。由于空气中的信号衰减较大，前置放大器对空耦超声换能器的接收信号进行放大。高速采集卡采集回波信号并上传至上位机进行处理和成像。

实验结果：

实验结果表明，所提出的非线性缺陷指数可以比线性缺陷指数更准确地表征小尺寸缺陷缺陷指数。当增加扫描步长以提高检测效率时自适应加权成像算法可以获得更好的成像空间分辨率对传统的缺陷概率成像算法进行了改进。

对于直径为10mm的小缺陷，所提出的方法的面积检测误差仅为7.8%，而传统的该方法的误差为22.4%。

实验中用到的ATA-2041高压放大器的参数指标：