在無(wú)損檢測(cè)行業(yè)中,X射線(xiàn)和電磁用于非接觸無(wú)損檢查,而超聲波一般用于接觸式或水浸法的無(wú)損檢查。雖然超聲波檢測(cè)方法中也有少量方法使用電磁超聲波探頭(EMAT)和激光超聲波來(lái)進(jìn)行非接觸測(cè)量,但是由于超聲波集束的指向性和焦點(diǎn)很難控制,而且在激勵(lì)和接收超聲波時(shí)需要特殊裝置,因而限制了它們的應(yīng)用范圍。另外,目前的激光超聲波法和電磁超聲波法不適合檢查微小缺陷。由于激光超聲波和X射線(xiàn)對(duì)人體有一定的危害,在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)需采取**措施,如穿戴X射線(xiàn)防護(hù)服及遮光眼鏡等以保護(hù)工作人員。因此,實(shí)現(xiàn)如X射線(xiàn)和電磁檢測(cè)那樣的完全非接觸超聲波檢測(cè)是從事無(wú)損檢測(cè)人員多年來(lái)的夢(mèng)想。
空氣耦合超聲波法(air-coupledultrasonics)用空氣代替水浸法中的水,除了可以實(shí)現(xiàn)與水浸法同樣的功能外,還由于低頻超聲波在空氣中的波長(zhǎng)比水中小,因此具有更容易聚焦的特點(diǎn)。2002年SecondWaveSystems公司的Bhardwaj出版了題為Non-contactUltra-sound:theFinalFrontierinNon-destructiveAnalysis的空氣傳播超聲波法宣傳手冊(cè)[1],該手冊(cè)雖然提出了非接觸空氣傳播超聲波法的有效性,但是并沒(méi)有突破傳統(tǒng)超聲波法的范疇。常用的空氣耦合超聲波檢測(cè)法,多使用穿透式異側(cè)檢測(cè)模式(透射法),且被限制在復(fù)合材料、木材、綠色陶瓷等傳統(tǒng)超聲波法很難檢測(cè)的致密度稀的多孔隙材料檢測(cè)[2-5],其主要原因是:a)由于空氣和被檢測(cè)材料聲阻抗的巨大差異使得氣固界面耦合過(guò)程中能量損失極大,因而進(jìn)入被檢測(cè)材料內(nèi)的超聲波能量低、振幅小;h)超聲波在傳播過(guò)程中,其衰減與頻率有關(guān),尤其在空氣中衰減系數(shù)極大,其適用的頻率范圍被限制在1MHz以下;c)空氣耦合超聲波檢測(cè)適用頻率范圍低,其脈沖余振較長(zhǎng),且在檢測(cè)過(guò)程中獲得的信號(hào)幅值極低,所以不能使用反射回波法。為了更好地發(fā)揮空氣耦合超聲波檢測(cè)法的作用,針對(duì)上面三方面的問(wèn)題,提出了解決對(duì)策:對(duì)于**個(gè)缺點(diǎn),可以通過(guò)高靈敏度空氣耦合探頭與合適的帶通濾波前置放大器相組合,將接收信號(hào)增幅100～120dB(10萬(wàn)倍～100萬(wàn)倍),以實(shí)現(xiàn)使用傳統(tǒng)的超聲波發(fā)射接收器進(jìn)行空氣耦合超聲波檢測(cè);對(duì)于**個(gè)缺點(diǎn),可以活用低頻超聲,以檢測(cè)出傳統(tǒng)超聲波法不能檢測(cè)或很難檢測(cè)的軟質(zhì)材料以及高衰減材料的聲速及內(nèi)部缺陷;對(duì)于第三個(gè)缺點(diǎn),可以通過(guò)使用2個(gè)探頭的V透射法的檢測(cè)模式,即將2個(gè)探頭設(shè)置在檢測(cè)材料的同側(cè)進(jìn)行非接觸檢測(cè),以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的反射回波法。本文首先簡(jiǎn)要地介紹了空氣耦合超聲波檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí),其次介紹了利用2個(gè)探頭從檢測(cè)材料同側(cè)進(jìn)行非接觸檢測(cè)的V透射法檢測(cè)模式,并對(duì)鋼筋混凝土、樹(shù)脂涂層材料、復(fù)合材料進(jìn)行聲速測(cè)定和損傷成像,以驗(yàn)證非接觸空氣耦合超聲波V透射法檢測(cè)模式的有效性和實(shí)用性。
利用同側(cè)檢測(cè)法(V透射法)的非接觸空氣耦合超聲波檢測(cè)技術(shù),對(duì)鋼筋與混凝土界面、模擬樹(shù)脂薄層損傷、沖擊損傷的CFRP復(fù)合材料厚度方向的損失分布進(jìn)行了成像測(cè)試。證實(shí)了傳統(tǒng)的接觸法或水浸法不能測(cè)量的比楔塊樹(shù)脂中縱波聲速或水中聲速低的材料的表面波或?qū)Рúㄋ?可以利用空氣耦合超聲波法進(jìn)行測(cè)量。因此利用空氣耦合超聲波可廣泛進(jìn)行各種樹(shù)脂板、積層板的損傷檢查及各種波速測(cè)量?？諝怦詈铣暡ǚm然與接觸式或水浸超聲波法相比操作復(fù)雜,但由于其非接觸無(wú)損無(wú)害且可以定量評(píng)價(jià),正逐漸地應(yīng)用于工業(yè)制品的無(wú)損檢查與評(píng)價(jià)。為了降低**率導(dǎo)入非接觸無(wú)損檢測(cè)與評(píng)價(jià)的產(chǎn)業(yè)正在漸漸增加,空氣耦合超聲波檢測(cè)法將可能成為某些材料檢測(cè)的有力武器。
