空氣耦合超聲波技術，作為一種高效且無損的檢測方法，近年來在工業領域受到了廣泛關注。利用空氣作為耦合介質，無需與被測物體直接接觸，即可實現高精度的檢測與成像。它能夠檢測在用CFRP板中的缺陷確保其應用安全，但傳統的空氣耦合超聲方法通常依賴于線性缺陷指數在表征小尺寸缺陷方面無效。此外掃描步長限制了它們的成像空間分辨率，導致成像空間分辨率與檢測效率之間的矛盾。

為了解決上述問題，來自哈爾濱工業大學儀器科學與技術學院的研究團隊，提出了非線性缺陷指數和自適應加權成像算法。該研究成果發表在工程機械領域研究國際期刊《Mechanical Systems and Signal Processing》中，今天Aigtek就給大家深入分享一下。

實驗名稱：ATA-2041高壓放大器在CFRP板分層缺陷的空耦超聲原位測量中的應用

實驗方向：復合材料無損檢測

實驗設備：ATA-2041高壓放大器、函數信號發生器，壓電陶瓷片，數據采集卡，示波器，PC 等

實驗內容：

空氣耦合超聲技術非線性缺陷指數和自適應加權成像算法中，非線性缺陷指數使用蘭姆波的相對非線性系數增強檢測小尺寸缺陷的能力。考慮到波束寬度，自適應加權成像算法構造了任意成像點與所有成像點之間的關系掃描路徑。此時，成像空間分辨率可以任意設置，消除了取決于掃描步長。

實驗過程：

任意信號函數發生器產生漢寧窗調制中心頻率為200kHz的正弦脈沖信號。隨后采用電壓功率放大器將激勵信號電壓提高到400Vpp，以確保空氣耦合換能器激發足夠的聲學能量。由XZ調節平臺調節兩個空氣耦合超聲換能器之間的水平距離以及空氣耦合超聲傳感器和CFRP板之間的垂直距離。

角度調節器調節空氣耦合超聲換能器的入射角和接收角θ，確保空耦超聲換能器在CFRP板中產生Lamb波，并消除直達波的干擾。XY運動平臺實現0°纖維方向和90°纖維方向的步進掃描。由于空氣中的信號衰減較大，前置放大器對空耦超聲換能器的接收信號進行放大。高速采集卡采集回波信號并上傳至上位機進行處理和成像。

實驗結果：

實驗結果表明，所提出的非線性缺陷指數可以比線性缺陷指數更準確地表征小尺寸缺陷缺陷指數。當增加掃描步長以提高檢測效率時自適應加權成像算法可以獲得更好的成像空間分辨率對傳統的缺陷概率成像算法進行了改進。

對于直徑為10mm的小缺陷，所提出的方法的面積檢測誤差僅為7.8%，而傳統的該方法的誤差為22.4%。

實驗中用到的ATA-2041高壓放大器的參數指標：