[发明专利]一种空气耦合超声相控阵检测装置

说明书

本发明公开了一种空气耦合超声相控阵检测装置，通过超声波发射接收器及信号采集及处理单元设置每一通道的发射频率、采样频率、电压能量等参数，检测过程；发射信号由超声波发射接收器发送到空耦或接触式超声波探头，探头激发出的超声波以一定角度入射到被检测试件内部；超声波信号在被检测试件内部发生折射和反射，最终包含有试件内部缺陷信息的回波信号被超声波探头接收并传输至信号接收器，信号被信号采集单元转换为数字信号，进入数据处理单元，经过延时叠加和成像处理，完成某一角度的扫描结果成像。本发明的优点是：通过前期对发射波形进行参数设置，可以优化控制焦柱长度、焦点尺寸和声束方向，在分辨力、信噪比、缺陷检出率等方面具有一定的优越性。

技术领域

本发明涉及超声波无损检测技术领域，具体涉及一种空气耦合超声相控阵检测装置。

背景技术

在超声波检测中，利用耦合剂或液态介质作为传播介质的检测方法占主导地位。虽然电磁超声波传感器和激光超声波可以用来作为非接触测试的方法，但与常规超声技术相比，波束和焦点都难以控制，且需要特殊设备满足声波激励和接收带来的问题。同时还需要使用遮光眼镜等安全措施防止激光超声和电磁超声对人体造成伤害，限制了其应用范围。

非接触空气耦合超声检测技术具有非接触、非破坏、非浸入及安全无害的特点，具有很好的应用前景。它可以实现真正的非接触检测，不存在换能器的磨损，可进行原位快速扫描。但由于换能器材料与空气声阻抗不匹配，空气耦合超声波换能器具有效率低、频带窄、脉冲余振长等缺点，因此，空气耦合超声检测方法参数，如灵敏度、信噪比和分辨率均低于常规超声检测方法。要实现非接触式空气耦合超声检测系统的实际应用，必须提高换能器效率等参数，来满足超声波能够通过空气进入检测工件和通过空气接收足够强度信号的检测要求。

相控阵技术的主要特点是多晶片探头中各晶片的激励，振幅和延时均由计算机控制，压电复合晶片受激励后能产生超声聚焦波束声束参数如角度、焦距和焦点尺寸等均可通过软件调整。扫描声束是聚焦的，能以镜面反射方式检出不同方位的缺陷。在反射波的接收过程中，按一定规则和时序控制接收单元的接收并进行信号合成，再将合成结果以适当形式显示。

空气耦合超声相控阵技术的一些主要优点上：

1.非接触性。采用空气耦合超声探头，工作时无需接触检测表面，不需要耦合剂，大大延长了探头的使用寿命。

2.灵活性好。用一个相控阵探头就能涵盖多种应用，而普通超声探头应用单一有限。

3.电子配置。通过文件装载和校准就能进行配置，通过预置文件就能完成不同参数调整。

4.探头小巧。可对某些特殊检测环境及对象进行检测。

5.速度快。相控阵技术可进行多角度及深度的扫描，比通常的单探头扫描速度大幅提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种空气耦合超声相控阵检测装置，扫查过程无需人工操作，具有非接触、非破坏、非浸入、全智能、缺陷扫查类型多、检测效率高等优点。

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：一种空气耦合超声相控阵检测装置，该装置包括超声波发射接收器、前置放大器、信号采集与处理单元、显示装置、多路转换器、空气耦合相控阵探头及连接线；当超声发射接收器发射超声波，经过多路转换器进入空气耦合相控阵探头，并向工件发射超声波；承载有效信号的超声波再被探头接收并传送给多路转换器；经过放大器放大后再次被超声发射接收器所接收并传送给信号采集处理单元进行处理，最后在显示模块中进行显示。其中超声波发射接收器主要负责发射电脉冲和接收回波信号转换后的电信号；多路转换器负责将单通道的发射信号与多个通道的发射信号进行转换；前置放大器主要负责对回波信号的放大处理；信号采集单元负责将模拟信号变换为数字信号；数据处理单元负责发射信号的参数设置及回波信号的叠加处理等；显示装置负责显示处理后的回波信号；空气耦合相控阵探头负责发射和接收超声波