[发明专利]一种多种耦合方式的超声波检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及超声工业无损检测领域，具体涉及一种可利用多种耦合模式(空气耦合，液浸耦合及直接接触耦合)、多种检测方式(反射法，透射法等)的超声检测系统。

背景技术

非接触式超声与常规超声检测类似，其最大的区别是非接触式超声不需要声耦合剂涂抹在待检测工件上，就能很好的将超声波从发射探头通过空气传播到待测工件中。常用声耦合剂包括机油、胶体、水等，这些耦合剂需要清理，通常会使得整套系统变得笨重，使得工作场所变得很脏乱。对于空气耦合超声检测系统来说，周围环境空气就是其声耦合剂，高温低温工件及不适合用声耦合剂的工件也能进行超声波无损检测。为了使超声波有效的发射到空气中，穿过检测工件，并将接收信号进行成像处理必须解决三个问题：第一，研制声阻抗匹配层材料，实现压电晶片和空气的最佳耦合；第二，研制超高功率发射接收，实现向空中发射高功率的超声波，提高原始能量；第三，研制具有带通功能的高信噪比前置放大器，实现接收信号的增幅。空气耦合超声无损检测技术具有非接触、非浸入、安全和无损的特点，具有广泛的应用前景。本发明系统目前在复合材料、锂离子电池、刹车垫，陶瓷材料、混凝土、木材、橡胶、塑料以及其他材料及行业的检测上都得到了很好的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用空气耦合、液浸耦合以及直接接触定位准确、设备简单、成本低廉等优势。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：采用空气耦合超声检测手段，将探头分别置于试件检测表面的同侧或两侧，探头安装在机械扫描系统上，通过控制机械系统运动，完成对试件局部或全区域的高速扫描，利用回波信号将检测结果以A-显示、B-显示及C-显示扫描成像，并由显示设备显示成像结果。成像结果中显示试件正常部位及缺陷等信息，根据各部位回波信号时间和强度的不同，各部位成像结果将被赋予不同颜色，方便操作者对检测结果的识别和判断。

作为本发明的进一步改进；与传统的超声检测技术相比，空气耦合超声检测技术因利用空气介质作为耦合剂，因而具有非接触、非液浸、无损伤、无伤害等优点。特别容易实现自动化。

作为本发明的进一步改进；可以进行空气耦合、水耦合两种模式超声检测实验，更加方便的开展多平台实验，应用范围更加广泛。

作为本发明的进一步改进；采用更加快速的信号处理算法，实现高速扫描过程中信号的收发、采集及处理。在扫描过程中还要完成对每个扫描点的定位，利用每个扫描点的坐标及接收波形数据进行后期的成像处理。

作为本发明的进一步改进；采用反射法检测时利用接收到的全波信号叠加完成B显示扫描成像；采用透射法检测时，利用接收到的信号中首波包络峰值数据进行叠加完成C-显示扫描成像，首波包络在A-显示扫波形中可以进行选择；在成像结果的任一点点击，可呈现该坐标点的A-显示扫波形。成像结果中选定某一区域后，还可仅对此指定区域进行二次精扫描。

作为本发明的进一步改进；可随时对时域波形进行快速傅立叶变换，观察波形的频谱变化，因此该系统可完成非线性超声检测，从而实现对材料及结构微观损伤的无损检测。

作为本发明的进一步改进；可随时对时域波形进行压缩脉冲处理，大幅提高信噪比，从而实现对超声高衰减材料的无损检测。

作为本发明的进一步改进；机械系统的运动控制采用PLC+电机模式，包括机械系统X、Y、Z三个自由度运动由电机驱动实现，空气耦合探头X、Y、Z三个自由度运动的微调由手动实现，空气耦合发射探头XZ面内旋转及YZ面内旋转由手动调整，空气耦合接收探头XZ面内旋转及YZ面内旋转由手动调整；液浸扫查机构的XZ面内旋转及YZ面内旋转由手动调整。扫描速度可调范围：1～300mm/sec(1mm/sec step)，扫描步进可调范围：0.1mm～20mm(0.1mm step)。

本发明内容涉及空气耦合超声探头、信号发生器、前置放大器、信号接收模块，信号存储及转换模块、数据处理模块、机械运动模块、显示模块等。具体检测过程如下：探头通过机械装置安装于待检测工件的同侧或异侧，探头通过机械装置来完成扫描运动，信号发射模块将发射波信号加载至发射探头，超声波回波信号被接收探头接收，接收的信号经过前置放大器放大后再进行A/D转换，再进入信号处理模块，利用成像算法对接收到的信号进行计算处理，快速实现高分辨率的在线的A-显示、B-显示、C-显示扫描成像。本装置配套软件完成上述运动控制、数据处理及结果显示等功能。

采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：