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1、高灵敏度空气耦合超声波检测系统日本探头株式会社（ Japan Probe Co., Ltd）是具有 30多年历史的专业生产超声波探头、超声波发射接收器和检测系统的厂家，日本探头株式会社（ Japan Probe Co., Ltd）利用自己的高新技术和丰富体会，针对不能用耦合剂无损检测的方法讨论，经过多年努力和进展，最终研制成称之为 “ 高 灵敏度 非 接 触空 气耦 合 超声波 检 测系统 （ Non-ContactAir Coupled Ultrasonic Testing简称NAUT）” ；NAUT可以广泛应用于以下材料检测：复合材料、锂离子电池、刹车垫，陶瓷材料、混凝土、木材、橡胶、塑料
2、、泡沫以及其他不能使用耦合剂的材料；1.1 非接触式超声非接触式超声与常规超声检测类似，其最大的区分是非接触式超声不需要声耦合剂涂抹在待检测工件上，就能很好的将超声波从发射探头通过空气传播到待测工件 中；常用声耦合剂包括机油、胶体、水等，这些耦合剂需要清理，通常会使得整套系统变得笨重，使得工作场所变得很脏乱；对于NAUT 来说，四周环境空气就是其声耦合剂，高温低温工件及不适合用声耦合剂的工件也能进行超声波无损检测；在研制此系统时，为了使超声波有效的发射到空气中，穿过检测工件，并将接收信号进行成像处理，必需解决三个问题：第一，研制声阻抗匹配层材料，实现探头和空气的正确耦合；其次，研制超高功率发射
3、接收，实现向空中发射高功率的超声波； 第三，研制前置放大器，实现接收信号的低噪音增幅；通过多年的努力，最终胜利的研制成了“高灵敏度非接触空气耦合超声波检测系统（Non-ContactAirCoupled UltrasonicTesting ），打开了 21 世纪的超声无损检测的新纪元，我们将它命名为NAUT21 ，目前， NAUT21 检测系统在复合材料、锂离子电池、刹车垫，陶瓷材料、混凝土、木材、橡胶、塑料以及其他材料的检测上得到了很好的应用；现在广销日本、英国、韩国、美国、中国等国家，并受到客户的一样好评；1.2 NAUT21 检测和分析全部的C扫描成像都是使用空气耦合超声穿透法通过两轴电
4、动运动机构来实现；空气耦合超声波穿透法：超声波从空气中发射到被检查材料内部，透过的超声波到达接收探头；通过透射的超声波峰值的大小来判定被检查材料内部是否存在缺陷；如下图1所示；4 / 10（ a） NAUT21 平面检测（ b） NAUT21-R 曲面检测图1 高灵敏度非接触空气耦合超声波检测系统的外观图发射探头晶片超声波空气样本没有空洞等其他异物试样的声阻抗相同透过的超声波波形峰值不变如有空 洞，超声波不透过；如有异物（即声阻抗不同） 透过的超声波波形峰值不同接收探头图2 非接触空气耦合超声波检测原理检测方法为穿透式，将工件放置在两探头中间，探头对称放置在工件两侧，以保 证超声波垂直入射到工
5、件中，全部的信号在采集过程中都是原始波形，不使用信号处理；在C扫描成像中，红色代表超声穿透能量高，蓝色代表超声穿透能量低；2 产品参数以下部分是 NAUT21 空气耦合超声检测系统各个部分详细参数；2.1 超声波发射接收器（ a）正面图像（b ）背面图像MUX-16多通路转换器（ c） JPR-600C的扩展应用例图 3 JPR 600C 超声波发射接收器外观图图3（ a）和（ b）为JPR600C超声波发射接收器的正面图和背面图，为单通道；用户可依据实际检测需要选购多通道转换器，如图3（c）所示的与 16通道转换器连接，可扩展为 16通道； JPR 600C详细参数见表 2；表 2 JPR6
6、00C 详细参数发射脉冲形式矩形波：脉冲串，线性调频波脉冲电压10 600V10V 步进波数1 30030kHz . 10MHz发射频率30kHz . 100kHz1kHz 步进；100kHz. 1MHz10kHz 步进1MHz . 10MHz100kHz 步进启动时间20ns 10% 90%衰减阻尼100, 200, 500, 1000可通过软件切换 工作方式脉冲回波法，透射法，内部或外部同步法内部同步 重复频率0.5，1.0，2.0， 4.0，8.0kHz.外部同步 重复频率Max 8kHz外部同步输入+5V -0V 下降（ TTL （生存时间） DSUB 接口（ 9 针） 外部同步输出0
7、v +5v 上升 同轴电缆接口基本时钟100MHz线性调频波调频比: -4.0 4.0接收频率带宽300Hz. 30MHz增益0 80 dB（加置放大器总增益140dB）单步 0.3dB输入阻抗10k输出阻抗50高通滤波器0.01， 0.2，1.0MHz低通滤波器1.0，2.0，5.0MHz衰减100, 200, 500, 1000可通过软件切换 AD 掌握器频率范畴 50MHzADC 辨论率10bits采样频率100，50，20，10，5， 2，1，0.5Ms/s 可通过软件切换掌握 掌握通过 USB 接口与运算机连接进行掌握6 针接口：专用电缆线与前置放大器连接BNC接口：脉冲输入（ R）
8、/ 输出 T/R 主要端口同轴电缆接口：射频RF / 触发 TRIG 输出USB 接口: 与运算机连接RS232 接口：与多通道转换器连接，进行通道切换掌握软件高级掌握和分析软件包； LABVIEW函数库；可进行2 次开发主要功能波形位置检出、声速运算、快速傅里叶变换（FFT）分析、 FFT 滤波器； 波形储存，读出，平均运算（最大256），波形连续储存；可发射线性调频波，进行多频信号掌握；进行脉冲压缩处理 脉冲波 / 脉冲串 / 线性调频波 ；电源100 240V AC尺寸320 Wmm X280Dmm X 88H mm重量4.9kg电力容量10 W使用温度540C2.2 前置放大器图 4前
9、置放大器表3PR 60A 详细参数：项目规格増 益dB40dB 通频带频率特性60dB 带通滤波器：03MHz100,200,400,800kHz接口6 针接口：专用电缆线与发射接收器连接BNC 接口：与探头连接尺寸 mm66WX100DX47H2.3 机械装置Emergencystop图 4 机械部分No.项 目规 格1X 轴行程400mm 自动2Y 轴行程400mm 自动3Z 轴行程150mm 手动4扫描速度1300mm/sec 1mm/sec step5扫描间距0.1mm 20mm 0.1mm step6单轴精度0.02mm7两维空间定位精度0.05mm8辨论率0.02mm2.3 支持检
10、测方法No.项 目1两侧 2 探透射法（ 垂直透射和斜角透射）2单侧 2 探透射法3 单侧 2 探 导波检测法2.4 数据处理系统5 / 101. 支持Windows 7操作系统3.随便移动光标2. 高级的数据分析功能详细包括：分析A扫数据；统计特性；注释功能；原始数据滤波；C扫时，同时可显示声波波形图6 C 扫描成像例强大的调色板功能；2.5 探头库Japan Probe针对不同应用和材料开发了不同频率和形状的探头：点聚焦探头、线聚焦探头及平面探头（见图7）；同时依据特别需求，可以制作专用探头；针对大多数应用案例， Japan Probe提出标准探头包，即两个 0.4K20NR40空气耦合超声波探头 , 频率400kHz, 直径20mm,铝制外壳 ,顶部有 Lemo0接口；该探头包不能满意全部应用需求，由于使用不同探头检测时受到材料声阻抗的影响，导致检测成效也不同；建议用户应依据不同检测材料配备不同类型的探头；图 7 空气耦合探头种类10 / 102.6 空气耦合超声波检测系统类型横式立式多通道空耦水浸两用型
