空气耦合超声波高能检测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供的空气耦合超声波高能检测方法及系统，方法包括发射端换能器发出的超声波以指向角α入射到被测件的一面，并依次经过被测件表面和发射端换能器的表面进行反射，重新入射至被测件，所述被测件为板状结构；接收端换能器以指向角θ设置于被测件另一面；本发明专利技术中的空气耦合超声波高能检测方法及系统，可以在无需更多电源能量的条件下，使得激励的信号和拾取的信号均有较大的能量，有效的抑制了环境噪声的影响，提高了检测的准确性，同时无需刻意精确调节换能器的位置，提高了检测过程中的容错能力，具有良好的适应性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工业自动化检测领域，尤其涉及一种空气耦合超声波高能检测方法及系统。
技术介绍
空气耦合超声波检测是以空气作为耦合介质的新型无损检测技术，相较于无损检测领域中常规的超声检测技术(如水浸法及接触法)，空气耦合式超声波检测最大的优势在于非接触和免耦合剂，该技术除了将空气作为耦合介质之外，在声学的传播特性等方面没有本质区别。另外，对于不适用耦合剂的缺陷检测方面(如运动件、陶瓷、微芯片、多孔夹芯、复合材料、耦合剂过敏等)，空气耦合超声波检测具有良好的应用。由于其完全不接触被测件的特点，以及近年来换能器效率方面的突飞猛进，空气耦合超声波检测为工业，医疗及食品等领域，提供了先进技术支持，如高效在线检测，过程管理及产品质量监管等。在无损检测中，板状结构是最常见的被测件。而利用Lamb波和“一收一发式”的换能器布局是实现针对该结构的有效检测手段，但是在现有技术中，当前空气耦合超声波检测仍然受制于由于气–固交互界面巨大的阻抗差异所导致的能量损耗，因此在板状结构中激励出高能Lamb波，如何以及在接收端获取高能信号至关重要。能量大，辨识度高的信号是准确检测被测件的先决条件。目前，大部分相关工作是提高输入电源能量，或者研制换能效率更高的器件等。此外，换能器的指向角对于信号的激励和接收有较大影响，特别对于发射端换能器，指向角决定了超声波的入射角，而不同入射角将在板状结构的被测件中，激励出不同能量的Lamb波。即存在较为理想的入射角，可以激励出高 能Lamb波。并且不同材料及尺寸的被测件，理想入射角也不同。同时，对于接收端换能器，需要调节合适指向角，来尽可能的正对从被测件中释放的超声波，从而获得明显的检测信号。在实际操作过程中，需要在检测之前仔细确定指向角，由此会带来一系列的繁杂准备工作，如果没有这些复杂的准备工作，会得不到较为理想的信号。因此，亟需一种新的检测技术，以克服上述技术困难。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种空气耦合超声波高能检测方法，以解决上述问题。本专利技术提供的空气耦合超声波高能检测方法，包括a.发射端换能器发出的超声波以指向角α入射到被测件，并依次经过被测件表面和发射端换能器的表面进行反射，以不同入射角重新入射至被测件，所述被测件为板状结构；b.接收端换能器以指向角θ设置于被测件，超声波信号依次在接收端换能器的表面和被测件的表面进行反射，以新的角度被换能器接收。进一步，超声波经过被测件表面和发射端换能器的表面的反射后，以不同入射角度在被测件中的激励出不同强度的信号，得到激励强度最高的lamb波信号，反射次数为一次或多次；超声波经过接收端换能器的表面和被测件的表面的反射后，接收端换能器接收不同入射角度的信号以及经过反射后的信号，得到激励强度最高的lamb波信号，反射次数为一次或多次。进一步，发射端换能器的表面中心与被测件的最大法向距离为：Rtr_max＝(0.5tanα+cot 2α)D，其中，D为发射端换能器的表面直径；发射端换能器发出的超声波以指向角α入射到被测件，并依次在被测件的表面和发射端换能器的表面进行反射，然后再次入射到被测件，经过发射端换 能器的一次反射后，新的入射角为α′＝3α。进一步，还包括在所述发射端换能器的一次反射后，在发射端换能器与被测件之间进行二次反射。进一步，接收端换能器的表面中心和被测件的法向距离最大值为： R r e _ max = ( tan θ + cot ( β - θ ) 1 + tan ( β - 3 θ ) cot ( β - θ ) - 0.5 tan θ ) D t ]]>其中，D′为接收端换能器的表面直径，β是超声波信号从被测件向空气中传播的角度。本专利技术还提供一种空气耦合超声波高能检测系统，包括发射端换能器和接收端换能器，发射端换能器发出的超声波以指向角α入射到被测件，并依次经过被测件表面和发射端换能器的表面进行反射，重新入射至被测件，所述被测件为板状结构；接收端换能器以指向角θ设置于被测件，超声波信号依次在接收端换能器的表面和被测件的表面进行反射，以新的角度被换能器接收。进一步，超声波经过被测件表面和发射端换能器的表面的反射后，以不同入射角度在被测件中的激励出不同强度的信号，得到激励强度最高的lamb波信号，反射次数为一次或多次；超声波经过接收端换能器的表面和被测件的表面的反射后，接收端换能器接收不同入射角度的信号以及经过反射后的信号，得到激励强度最高的lamb波信号，反射次数为一次或多次。进一步，发射端换能器的表面中心与被测件的最大法向距离为：Rtr_max＝(0.5tanα+cot 2α)D，其中，D为发射端换能器的表面直径；发射端换能器发出的超声波以指向角α入射到被测件，并依次在被测件的表面和发射端换能器的表面进行反射，然后再次入射到被测件，经过发射端换能器的一次反射后，新的入射角为α′＝3α。进一步，在所述发射端换能器的一次反射后，在发射端换能器与被测件之间进行二次反射。进一步，接收端换能器的表面中心和被测件的法向距离最大值为： R r e _ max = ( tan θ + cot ( β - θ ) 1 + tan ( β - 3 θ ) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空气耦合超声波高能检测方法，其特征在于：包括a.发射端换能器发出的超声波以指向角α入射到被测件，并依次经过被测件表面和发射端换能器的表面进行反射，以不同入射角重新入射至被测件，所述被测件为板状结构；b.接收端换能器以指向角θ设置于被测件，超声波信号依次在接收端换能器的表面和被测件的表面进行反射，以新的角度被换能器接收。

【技术特征摘要】
1.一种空气耦合超声波高能检测方法，其特征在于：包括a.发射端换能器发出的超声波以指向角α入射到被测件，并依次经过被测件表面和发射端换能器的表面进行反射，以不同入射角重新入射至被测件，所述被测件为板状结构；b.接收端换能器以指向角θ设置于被测件，超声波信号依次在接收端换能器的表面和被测件的表面进行反射，以新的角度被换能器接收。2.根据权利要求1所述的空气耦合超声波高能检测方法，其特征在于：超声波经过被测件表面和发射端换能器的表面的反射后，以不同入射角度在被测件中的激励出不同强度的信号，得到激励强度最高的lamb波信号，反射次数为一次或多次；超声波经过接收端换能器的表面和被测件的表面的反射后，接收端换能器接收不同入射角度的信号以及经过反射后的信号，得到激励强度最高的lamb波信号，反射次数为一次或多次。3.根据权利要求2所述的空气耦合超声波高能检测方法，其特征在于：发射端换能器的表面中心与被测件的最大法向距离为：Rtr_max＝(0.5tanα+cot2α)D，其中，D为发射端换能器的表面直径；发射端换能器发出的超声波以指向角α入射到被测件，并依次在被测件的表面和发射端换能器的表面进行反射，然后再次入射到被测件，经过发射端换能器的一次反射后，新的入射角为α′＝3α。4.根据权利要求3所述的空气耦合超声波高能检测方法，其特征在于：还包括在所述发射端换能器的一次反射后，在发射端换能器与被测件之间进行二次反射。5.根据权利要求2所述的空气耦合超声波高能检测方法，其特征在于：接收端换能器的表面中心和被测件的法向距离最大值为： R r e _ max = ( tan θ + cot ( β - θ ) 1 + tan ( β - 3 θ ) cot ( β - θ ) - 0.5 tan θ ) D t ]]>其中，D′为接收端换能器的表面直径，β是超声波信号从被测件向空气中传播的角度。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：范子川，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50