[发明专利]一种空气耦合超声波自动化检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波检测系统，特别是一种具有通用性集成系统及设备的空气耦合超声波自动化检测系统。

背景技术

传统的超声波检测需要耦合剂，即在超声波换能器与被测物之间喷水或者是涂敷粘稠的耦合剂以达到声阻抗匹配；特别是在自动化的检测中，水耦超声是主流的超声检测方法；但是有很多超声检测情形是不能用水的，比如固体火箭的发射燃料块就不能用水耦超声来检测；空气耦合超声只需要在换能器与被测件之间有空气就行，所以空气耦合超声在不能用水的一些场合可以替代水耦超声。

传统的超声波检测因为有耦合剂，没有办法做到非接触测量，而空气耦合超声可以做到真正的非接触测量。

传统的水偶超声相比空耦频率比较高，常用的频率在1MHz到10MHz之间，对于某些材料特别是航空航天用途广泛的复合材料声损耗特别大，超声波很难穿透；空气耦合超声的常用频率比水耦超声低一个数量级，很容易穿透象碳纤维之类的复合材料。

空气耦合超声除了是非接触测量外，不像水耦超声那样对不同形状的被测工件需要不同形状的锲块来传递声能，只需要相对简单的机械夹持工具，所以空气耦合超声可以用于工件的快速扫查。

传统的超声波检测方法产生板波导波效果不明显，产生导波时也不好随意移动导换能器，空气耦合超声检测方法在板波导波等的激励方面比传统的水偶超声效果好，换能器移动扫查也比水耦超声方便。

由于超声波存在空气中的快速衰减和界面处的强烈反射等特性，空耦检测技术无法达到一般超声检测系统的灵敏度、信噪比和分辨率；现有的空耦技术方案主要着重于空气耦合超声换能器，即空耦探头的研发，以期提高空耦探头的发射和接收效率；而在测试系统的搭建上，现有技术方案侧重在实验室将一系列不同厂商生产的通用的商业电子仪器比如发射装置、信号放大装置以及机械扫查装置等等和空耦换能器组合起来作为一个空气耦合超声检测系统；而这些实验室组合式的空耦检测系统有着很多不足；如现有的组合式的空气耦合超声检测系统的各种商业仪器不是专门为空气耦合超声制作，相互之间很难匹配优化，严重影响输出信号性噪比；稳定性差，一般只适合在实验室使用，用作科研目的；空气耦合超声还需要高能量的超声发射电源，如果没有专门为空气耦合超声检测系统设计的高能超声电源，空气耦合检测系统发射的超声波对被检工件的穿透能力就会大打折扣。

例如一件中国发明专利申请《轮胎超声波无损检测装置及其检测方法》，申请号为201010543401.3，申请日为2010年11月15日，公开了一种用于轮胎空气耦合超声波无损检测装置及其检测方法；例如一件中国发明专利申请《一种树脂在纤维层内浸润程度的快速无损检测方法》，申请号为201210232211.9，申请日为2012年7月5日，公开了一种树脂在预浸料中浸润程度的空气耦合检测方法；例如一件中国发明专利申请《瓶装液体中异物的检测方法及系统》，申请号为201310493153.X，申请日为2013年10月18日，公开了一种用于检测瓶装液体中异物的涉及超声成像自动检测技术领域的方法及系统本；例如一件中国发明专利申请《一种树木年轮的空气耦合式超声波检测方法及装置》，申请号为201410353275.3，申请日为2014年7月23日，公开了一种树木年轮的空气耦合式超声波检测方法及装置；以上公开的所有有关空气耦合的专利内容都注重于空气耦合超声这种方法在某一个特定事例的应用，没有涉及到空气耦合超声仪器整个系统本身的集成设计制造；这些空气耦合超声方法的实施依赖于空气耦合超声换能器的性能以及第三方的电子仪器系统特别是第三方仪器系统中的高能超声发射模块和高灵敏度接收模块；软件自动化程度不高，往往需要用第三方软件来处理数据；而且，由于不同的探头具有特定的阻抗特性，因此，装置缺乏通用性，其用途仅限于检测某种特定材料比如轮胎或者树木年轮等，不便于根据需要更换探头用于检测其他物体；因此，其使用成本较为昂贵，通用性差，不适合商业化的应用。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明的目的是：提出了一种具有通用性集成系统及设备的空气耦合超声波自动化检测系统。

本发明的技术解决方案是这样实现的：一种空气耦合超声波自动化检测系统，包含计算机模块、工控主机和扫描系统；所述计算机模块向工控主机收发控制指令；所述工控主机控制扫描系统运行；还包含适配系统；所述工控主机通过适配系统来匹配扫描系统中不同的探头。