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      高靈敏度空氣耦合超聲波檢測系統

      

    高靈敏度空氣耦合超聲波檢測系統

     

    日本探頭株式會社(Japan Probe Co., Ltd)是具有30多年歷史的專業生產超聲波探頭、超聲波發射接收器和檢測系統的廠家,日本探頭株式會社(Japan Probe Co., Ltd)利用自己的高新技術和豐富經驗,針對不能用耦合劑無損檢測的方法研究,經過多年努力和發展,終于研制成稱之為“高靈敏度非接觸空氣耦合超聲波檢測系統(Non-Contact Air Coupled Ultrasonic Testing  簡稱NAUT)” 。NAUT可以廣泛應用于以下材料檢測: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、泡沫以及其他不能使用耦合劑的材料。

     

    1.1 非接觸式超聲

     

    非接觸式超聲與常規超聲檢測類似,其最大的區別是非接觸式超聲不需要聲耦合涂抹在待檢測工件上,就能很好的將超聲波從發射探頭通過空氣傳播到待測工件中。常用聲耦合包括機油、膠體、水等,這些耦合需要清理,通常會使得整套系統變得笨重,使得工作場所變得很臟亂。對于NAUT來說,周圍環境空氣就是其聲耦合,高溫低溫工件及不適合用聲耦合的工件也能進行超聲波無損檢測。

    在研制此系統時,為了使超聲波有效的發射到空氣中,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,實現探頭和空氣的最佳耦合;第二,研制超高功率發射接收,實現向空中發射高功率的超聲波;第三,研制前置放大器,實現接收信號的低噪音增幅。通過多年的努力,終于成功的研制成了“高靈敏度非接觸空氣耦合超聲波檢測系統(Non-Contact Air Coupled Ultrasonic Testing ),打開了21世紀的超聲無損檢測的新紀元,我們將它命名為NAUT21,目前,NAUT21檢測系統在復合材料、鋰離子電池、剎車墊,陶瓷材料、混凝土、木材、橡膠、塑料以及其他材料的檢測上得到了很好的應用,F在廣銷日本、英國、韓國、美國、中國等國家,并受到客戶的一致好評。

     

    1.2 NAUT21檢測和分析

     

    所有的C掃描成像都是使用空氣耦合超聲穿透法通過兩軸電動運動機構來實現。空氣耦合超聲波穿透法: 超聲波從空氣中發射到被檢查材料內部,透過的超聲波到達接收探頭。通過透射的超聲波峰值的大小來判斷被檢查材料內部是否存在缺陷。如下圖1所示.

     

    檢測方法為穿透式,將工件放置在兩探頭中間,探頭對稱放置在工件兩側,以保證超聲波垂直入射到工件中, 所有的信號在采集過程中都是原始波形,不使用信號處理。在C掃描成像中,紅色代表超聲穿透能量高,藍色代表超聲穿透能量低。

     2產品參數

    以下部分是NAUT21空氣耦合超聲檢測系統各個部分具體參數。 

    2.1 超聲波發射接收器

    3a)和(b)為JPR600C超聲波發射接收器的正面圖和背面圖,為單通道。用戶可根據實際檢測需要選購多通道轉換器,如圖3c)所示的與16通道轉換器連接,可擴展為16通道。JPR600C具體參數見表2。

     

    2  JPR600C具體參數

    發射

    脈沖形式

    矩形波脈沖串,線性調頻波

    脈沖電壓

    10 ~ 600V   10V步進

    波數

    1~ 300

    發射頻率

    30kHz10MHz

    30kHz100kHz 1kHz 步進;

    100kHz1MHz 10kHz 步進

    1MHz10MHz 100kHz 步進

    啟動時間

    20ns (10% ~ 90%)

    衰減阻尼

    100,  200,  500,  1000Ω (通過軟件切換)

     

    工作方式

    脈沖回波,透射法,內部或外部同步法

    內部同步 重復頻率

    0.5,1.0,2.0,4.0,8.0kHz.

    外部同步 重復頻率

    Max 8kHz

    外部同步輸入

    +5V -0V下降(TTL(生存時間) DSUB 接口(9針)

    外部同步輸出

    0v  +5v上升  電纜接口

    基本時鐘

    100MHz

    線性調頻波

    調頻比: -4.04.0

    接收

    頻率帶寬

    300Hz30MHz

    增益

    0 ~ 80 dB加置放大器總增益140dB)單步0.3dB

    輸入阻抗

    10kΩ

    輸出阻抗

    50Ω

    高通濾波器

    0.01,0.2,1.0MHz

    低通濾波器

    1.0,2.0,5.0MHz

    衰減

    100,  200,  500,  1000Ω (通過軟件切換)

     

    AD控制

    頻率范圍

    ~ 50MHz

    ADC分辨率

    10bits

    采樣頻率

    100,50,20,10,5,2,1,0.5Ms/s(可通過軟件切換控制)

     

    控制

    通過USB接口與計算機連接進行控制

    主要端口

    6接口電纜線與前置放大器連接

    BNC接口:脈沖輸入(R/ 輸出 (T/R)

    電纜接口:射頻(RF) / 觸發(TRIG)輸出

    USB接口: 與計算機連接

    RS232接口:與多通道轉換器連接,進行通道切換控制

    軟件

    高級控制和分析軟件包;LABVIEW函數庫;可進行2次開發

    主要

    波形位置檢出、速計算、快速傅里葉變換(FFT分析、FFT濾波器;

    波形保存,讀出,平均計算(最大256),波形連續保存;

    可發射線性調頻波,進行多頻信號控制;

    進行脈沖壓縮處理 (脈沖波 / 脈沖串/ 線性調頻波)。

    電源

    100 ~240V  AC

    尺寸

    320 (W)mm X280(D)mm X 88(H) mm

    重量

    4.9kg

    電力容量

    10 W

    使用溫度

    5~40°C

     

     

    2.2 前置放大器

     

    4  前置放大器

     

    3   PR60A具體參數:

          

          

     益(dB)

    40dB  通頻帶

    60dB (通濾波器100,200,400,800kHz)

    頻率特性

    03MHz

    6接口電纜線與發射接收器連接

    BNC接口:與探頭連接

    尺寸(mm)

    66(W)X100(D)X47(H)

     

     

    2.3 機械裝置

     

     

    4 機械部分

     

     

    No.

     

       

    1

    X軸行程

    400mm 自動

    2

    Y軸行程

    400mm 自動

    3

    Z軸行程

    150mm 手動

    4

    掃描速度

    1300mm/sec (1mm/sec step)

    5

    掃描間距

    0.1mm20mm (0.1mm step)

    6

    單軸精度

    ±0.02mm

    7

    兩維空間定位精度

    ±0.05mm

    8

    分辨率

    0.02mm

     

     

    1.3 支持檢測方法

    No.

     

    1

    兩側2探透射法垂直透射和斜角透射

    2

    單側2探透射法

    3

    單側2  導波檢測法

     

    2.4 數據處理系統

    1. 支持Windows 7操作系統

    3.隨意移動光標

    2. 高級的數據分析功能

    具體包括:

    分析A掃數據;                         

    統計特性;

    注釋功能;

    原始數據濾波;                   

    C掃時,同時可顯示聲波波形                

    大的調色板功能;

     

                圖6 C掃描成像例

    2.5 探頭庫

    Japan Probe針對不同應用和材料開發了不同頻率和外形的探頭:點聚焦探頭、線聚焦探頭及平面探頭(見圖7)。同時根據特殊需求,可以制作專用探頭。針對大多數應用案例,Japan Probe提出標準探頭包,即兩個0.4K20NR40空氣耦合超聲波探頭, 頻率400kHz, 直徑20mm,鋁制外殼,頂部有Lemo0接口。

    該探頭包不能滿足所有應用需求,因為使用不同探頭檢測時受到材料聲阻抗的影響,導致檢測效果也不同。建議用戶應根據不同檢測材料配備不同類型的探頭。

     

    7  空氣耦合探頭種類

     

     

     

    2.6 空氣耦合超聲波檢測系統類型

     

     

    橫式

     

     

     

    立式 

    多通道 

    空耦水浸兩用型

     


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