[发明专利]一种单侧空气耦合超声扫描成像装置

说明书

技术领域

本发明涉及超声检测领域，尤其是涉及一种单侧空气耦合超声扫描成像装置。

背景技术

超声检测是五大常规无损检测之一，由于它具有灵敏度高、穿透力强、指向性好、检测速度快、成本低、设备相对简单、对人体无害等一系列优点，因此在工业领域得到了广泛的应用。常规超声检测的方法是接触式，即在超声探头和待测试样之间必须用水或其他液体作为声耦合剂。使用耦合剂一方面增加了人为因素对结果的影响，另一方面很难满足工业自动化生产和质量控制的需要。空气耦合超声检测为非接触式无损检测，无需耦合剂，检测过程简单、方便，检测结果可避免人为耦合因素的影响。目前，国内外常采用一发一收的穿透法实现空气耦合超声检测方法，并实现了商用化的设备，能应用于复合材料、轮胎、混凝土、锂电池等内部缺陷无损检测。但透射法无法对比如管道、燃料箱等封闭的构件进行检测，同时对大型构件很难进行双侧的检测，因此如何实现构件的单侧空气耦合检测一直是研究的热点，目前公开的方法主要采用一对平面空气耦合探头，由声波临界角入射激发和接受板波或导波的方法来实现，但还没有商业化的设备应用，其主要存在问题是检测缺陷的分辨率不高，无法精确的检测出待检测物的内部信息。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种对焦方便、发射效率高、识别分辨率高的单侧空气耦合超声扫描成像装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种单侧空气耦合超声扫描成像装置，用以进行物体内部的缺陷检测，包括探头扫描架、在探头扫描架上同侧设置的一对平面发射探头和一对聚焦接收探头、前置放大器、脉冲发射接收器、信号采集与处理模块和计算机，所述的脉冲发射接收器与一对平面发射探头连接，所述的脉冲发射接收器通过前置放大器与一对聚焦接收探头连接，并且还通过信号采集与处理模块与计算机连接，所述的探头扫描架分别与计算机、脉冲发射接收器和信号采集与处理模块连接。

所述的探头扫描架包括相互连接的探头安装架和扫描连接杆，所述的探头安装架呈十字型，其上的四个端部对应设有平面发射探头和聚焦接收探头。

所述的探头安装架包括相互垂直连接的x向固定杆和y向固定杆，所述的一对平面发射探头包括x向平面发射探头和y向平面发射探头，所述的一对聚焦接收探头包括x向聚焦接收探头和y向聚焦接收探头，所述的x向平面发射探头和x向聚焦接收探头设置在x向固定杆的两端，所述的y向平面发射探头和y向聚焦接收探头设置在y向固定杆的两端。

所述的采集与处理模块与计算机通过USB接口连接。

所述的平面发射探头和聚焦接收探头均为空气耦合探头。

一种单侧空气耦合超声扫描成像方法，包括以下步骤：

1)连接系统：通过数据线将检测装置各部分连接完整并接通电源；

2)调整探头：将被检试样固定在试样架上，调整在被检试样同侧的平面发射探头和聚焦接收探头的入射角，调整聚焦接收探头到试样表面的距离，使得聚焦接收探头的焦点落在试样表面上；

3)确定扫描范围，具体包括以下步骤：

31)在被检试样上确定一个矩形扫描范围，标记检测的起点以及终点，并将起点作为坐标零点；

32)移动探头使得探头中心对准扫描范围的坐标零点，根据试样上的扫描范围，确定水平方向和垂直方向上探头的扫描距离，并将数值输入到扫描控制软件内；

4)扫描被检试样：控制探头在扫描范围内进行自动扫描，扫描控制软件实时显示超声回波，当扫描结束后，探头自动回到坐标零点；

5)信号处理与分析：通过系统检测软件对超声回波信号进行分析和处理，产生检测图像并显示。

所述的步骤2)中的入射角为临界角。

所述的步骤2)中聚焦接收探头到试样表面距离为20mm。

所述的步骤2)中的平面发射探头的中心频率包括50kHz、100kHz、200kHz和400kHz。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、对焦方便：采用平面发射探头和聚焦接收探头，完成超声波激发和接收，对焦方便。

二、发射效率高：本发明中的平面发射探头的发射中心频率包括50kHz、100kHz、200kHz和400kHz，发射频率高，穿透能力强，采用空气耦合接收的分辨率和灵敏度高。

三、识别分辨率高：本发明同时采用x向和y向的平面发射探头和聚焦接收探头，同时进行x向和y向的双通道垂直布置测量，保证了缺陷识别的空间分辨率。