本發(fā)明涉及超聲工業(yè)無損檢測領(lǐng)域，具體涉及一種可利用多種耦合模式(空氣耦合，液浸耦合及直接接觸耦合)、多種檢測方式(反射法，透射法等)的超聲檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

非接觸式超聲與常規(guī)超聲檢測類似，其最大的區(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。對于空氣耦合超聲檢測系統(tǒng)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行超聲波無損檢測。為了使超聲波有效的發(fā)射到空氣中，穿過檢測工件，并將接收信號進行成像處理必須解決三個問題：第一，研制聲阻抗匹配層材料，實現(xiàn)壓電晶片和空氣的最佳耦合；第二，研制超高功率發(fā)射接收，實現(xiàn)向空中發(fā)射高功率的超聲波，提高原始能量；第三，研制具有帶通功能的高信噪比前置放大器，實現(xiàn)接收信號的增幅。空氣耦合超聲無損檢測技術(shù)具有非接觸、非浸入、安全和無損的特點，具有廣泛的應(yīng)用前景。本發(fā)明系統(tǒng)目前在復合材料、鋰離子電池、剎車墊，陶瓷材料、混凝土、木材、橡膠、塑料以及其他材料及行業(yè)的檢測上都得到了很好的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種利用空氣耦合、液浸耦合以及直接接觸定位準確、設(shè)備簡單、成本低廉等優(yōu)勢。

為了解決背景技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案：采用空氣耦合超聲檢測手段，將探頭分別置于試件檢測表面的同側(cè)或兩側(cè)，探頭安裝在機械掃描系統(tǒng)上，通過控制機械系統(tǒng)運動，完成對試件局部或全區(qū)域的高速掃描，利用回波信號將檢測結(jié)果以a-顯示、b-顯示及c-顯示掃描成像，并由顯示設(shè)備顯示成像結(jié)果。成像結(jié)果中顯示試件正常部位及缺陷等信息，根據(jù)各部位回波信號時間和強度的不同，各部位成像結(jié)果將被賦予不同顏色，方便操作者對檢測結(jié)果的識別和判斷。

作為本發(fā)明的進一步改進；與傳統(tǒng)的超聲檢測技術(shù)相比，空氣耦合超聲檢測技術(shù)因利用空氣介質(zhì)作為耦合劑，因而具有非接觸、非液浸、無損傷、無傷害等優(yōu)點。特別容易實現(xiàn)自動化。

作為本發(fā)明的進一步改進；可以進行空氣耦合、水耦合兩種模式超聲檢測實驗，更加方便的開展多平臺實驗，應(yīng)用范圍更加廣泛。

作為本發(fā)明的進一步改進；采用更加快速的信號處理算法，實現(xiàn)高速掃描過程中信號的收發(fā)、采集及處理。在掃描過程中還要完成對每個掃描點的定位，利用每個掃描點的坐標及接收波形數(shù)據(jù)進行后期的成像處理。

作為本發(fā)明的進一步改進；采用反射法檢測時利用接收到的全波信號疊加完成b顯示掃描成像；采用透射法檢測時，利用接收到的信號中首波包絡(luò)峰值數(shù)據(jù)進行疊加完成c-顯示掃描成像，首波包絡(luò)在a-顯示掃波形中可以進行選擇；在成像結(jié)果的任一點點擊，可呈現(xiàn)該坐標點的a-顯示掃波形。成像結(jié)果中選定某一區(qū)域后，還可僅對此指定區(qū)域進行二次精掃描。

作為本發(fā)明的進一步改進；可隨時對時域波形進行快速傅立葉變換，觀察波形的頻譜變化，因此該系統(tǒng)可完成非線性超聲檢測，從而實現(xiàn)對材料及結(jié)構(gòu)微觀損傷的無損檢測。

作為本發(fā)明的進一步改進；可隨時對時域波形進行壓縮脈沖處理，大幅提高信噪比，從而實現(xiàn)對超聲高衰減材料的無損檢測。

作為本發(fā)明的進一步改進；機械系統(tǒng)的運動控制采用plc+電機模式，包括機械系統(tǒng)x、y、z三個自由度運動由電機驅(qū)動實現(xiàn)，空氣耦合探頭x、y、z三個自由度運動的微調(diào)由手動實現(xiàn)，空氣耦合發(fā)射探頭xz面內(nèi)旋轉(zhuǎn)及yz面內(nèi)旋轉(zhuǎn)由手動調(diào)整，空氣耦合接收探頭xz面內(nèi)旋轉(zhuǎn)及yz面內(nèi)旋轉(zhuǎn)由手動調(diào)整；液浸掃查機構(gòu)的xz面內(nèi)旋轉(zhuǎn)及yz面內(nèi)旋轉(zhuǎn)由手動調(diào)整。掃描速度可調(diào)范圍：1～300mm/sec(1mm/secstep)，掃描步進可調(diào)范圍：0.1mm～20mm(0.1mmstep)。

本發(fā)明內(nèi)容涉及空氣耦合超聲探頭、信號發(fā)生器、前置放大器、信號接收模塊，信號存儲及轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、機械運動模塊、顯示模塊等。具體檢測過程如下：探頭通過機械裝置安裝于待檢測工件的同側(cè)或異側(cè)，探頭通過機械裝置來完成掃描運動，信號發(fā)射模塊將發(fā)射波信號加載至發(fā)射探頭，超聲波回波信號被接收探頭接收，接收的信號經(jīng)過前置放大器放大后再進行a/d轉(zhuǎn)換，再進入信號處理模塊，利用成像算法對接收到的信號進行計算處理，快速實現(xiàn)高分辨率的在線的a-顯示、b-顯示、c-顯示掃描成像。本裝置配套軟件完成上述運動控制、數(shù)據(jù)處理及結(jié)果顯示等功能。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下有益效果：

a)缺陷定位更加精準：通過a-顯示、b-顯示、c-顯示掃描結(jié)合的顯示方式，可以將缺陷位置更加直觀清晰的顯示，大大降低對操作者的技術(shù)要求。

b)技術(shù)先進：采用空氣耦合/液浸耦合/直接接觸耦合專用超聲換能器，可完成三種模式下的超聲波檢測實驗，適用范圍更廣；

c)功能更強：軟件界面中可以點擊成像結(jié)果的任一點顯示該點的a掃波形，通過框選roi(regionofinterest)，在掃描參數(shù)可以重新設(shè)定后，可僅對此roi進行二次精掃。

d)機械系統(tǒng)的運動控制功能集成在軟件界面，可以完成掃描區(qū)域設(shè)定、掃描軌跡設(shè)定、掃描運動參數(shù)設(shè)定、限位停止等多項功能，操作更加直觀方便。

e)此方案操作簡單，實用性強，檢測效率高等。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明所提供的裝置工作原理及模塊分布總體框圖；

圖2為本發(fā)明所提供的裝置機械掃描結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明所提供的裝置中掃描算法原理示意圖；

圖4為本發(fā)明所提供的裝置中反射法原理示意圖；

圖5為本發(fā)明所提供的裝置中透射法原理示意圖；

圖6為本發(fā)明所提供的裝置中表面波及導波檢測原理示意圖；

圖7為本發(fā)明所提供的裝置中反射法檢測表面不平度原理示意圖；

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實施方式，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施方式僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請參閱圖1和圖2，該檢測系統(tǒng)主要由、信號發(fā)射接收器、前置放大器、機械掃描系統(tǒng)以及專用空氣耦合超聲發(fā)射探頭1、空氣耦合超聲接收探頭2和液浸探頭3構(gòu)成，本具體實施方式采用以下技術(shù)方案：

空氣耦合檢測方法：信號發(fā)生器將超聲波波形信號加載至發(fā)射探頭1，發(fā)射探頭晶片在接受激勵之后產(chǎn)生超聲波，接收探頭2和發(fā)射探頭1相對的放置于被檢測試件兩側(cè)，被檢測試件放置于置物架4上，超聲波穿過試件表面并進入試件內(nèi)部，穿過試件后超聲波會被接收探頭2接收，回波信號經(jīng)過前置放大器放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后進入數(shù)據(jù)處理模塊。探頭安裝在探頭固定架5上，并可以在x-z平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)一y、z三個自由度的掃描運動。

液浸耦合檢測方法，信號發(fā)生器將超聲波波形信號加載至液浸探頭3，試件放置在水槽7中進行檢測。利用成像算法可以將回波信號疊加成像，并將最終結(jié)果顯示于顯示模塊。

請參閱圖3，圖3給出了掃描算法示意圖，空氣耦合穿透法是采用一發(fā)一收雙探頭分別放置在被檢材料相對的兩端面，依據(jù)超聲波穿透工件之后能量的變化檢測工件的內(nèi)部狀態(tài)，穿透法可以根據(jù)接收到的a掃描信號的幅值變化對電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)做二維c掃描成像。b掃描顯示的是與超聲波的傳播方向平行且與檢測面垂直的剖面。通常，在檢測面上確定一個掃描路徑，沿掃描路徑按照一定的步進進行測量，獲得對應(yīng)的a掃描數(shù)據(jù)，將這些a掃描數(shù)據(jù)進行二維成像即可得到b掃描成像，b掃描所顯示的是與聲束傳播方向平行且與試件的檢測表面垂直的剖面。c掃描成像顯示的是試件的橫斷面，利用電子閘門挑選出某一深度回來的超聲信號，將信號疊加就可以得到物體在該檢測深度的的c掃描成像。

請參閱圖4-7，為利用本系統(tǒng)可以進行的檢測模式：圖4為超聲反射法，此時發(fā)射探頭不動接收探頭沿一定軌跡移動可以完成b掃描，兩個探頭一起移動可以完成c掃描；圖5為超聲波透射法，當發(fā)射接收兩探頭同步掃描時，可以完成超聲c掃描成像；圖6中發(fā)射探頭以一定角度入射，與接收探頭配合利用超聲非線性特征可以產(chǎn)生表面波檢測表面微觀缺陷，產(chǎn)生導波可以檢測長距離方向上的內(nèi)部缺陷；圖7利用自發(fā)自收探頭可以檢測物體表面粗糙程度等參數(shù)。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。