在無損檢測行業(yè)中,X射線和電磁用于非接觸無損檢查,而超聲波一般用于接觸式或水浸法的無損檢查。雖然超聲波檢測方法中也有少量方法使用電磁超聲波探頭(EMAT)和激光超聲波來進(jìn)行非接觸測量,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射線對(duì)人體有一定的危害,在生產(chǎn)現(xiàn)場需采取**措施,如穿戴X射線防護(hù)服及遮光眼鏡等以保護(hù)工作人員。因此,實(shí)現(xiàn)如X射線和電磁檢測那樣的完全非接觸超聲波檢測是從事無損檢測人員多年來的夢(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法,多使用穿透式異側(cè)檢測模式(透射法),且被限制在復(fù)合材料、木材、綠色陶瓷等傳統(tǒng)超聲波法很難檢測的致密度稀的多孔隙材料檢測[2-5],其主要原因是:a)由于空氣和被檢測材料聲阻抗的巨大差異使得氣固界面耦合過程中能量損失極大,因而進(jìn)入被檢測材料內(nèi)的超聲波能量低、振幅小;h)超聲波在傳播過程中,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適用頻率范圍低,其脈沖余振較長,且在檢測過程中獲得的信號(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法的作用,針對(duì)上面三方面的問題,提出了解決對(duì)策:對(duì)于**個(gè)缺點(diǎn),可以通過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(10萬倍～100萬倍),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;對(duì)于**個(gè)缺點(diǎn),可以活用低頻超聲,以檢測出傳統(tǒng)超聲波法不能檢測或很難檢測的軟質(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),可以通過使用2個(gè)探頭的V透射法的檢測模式,即將2個(gè)探頭設(shè)置在檢測材料的同側(cè)進(jìn)行非接觸檢測,以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的反射回波法。本文首先簡要地介紹了空氣耦合超聲波檢測技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí),其次介紹了利用2個(gè)探頭從檢測材料同側(cè)進(jìn)行非接觸檢測的V透射法檢測模式,并對(duì)鋼筋混凝土、樹脂涂層材料、復(fù)合材料進(jìn)行聲速測定和損傷成像,以驗(yàn)證非接觸空氣耦合超聲波V透射法檢測模式的有效性和實(shí)用性。

       利用同側(cè)檢測法(V透射法)的非接觸空氣耦合超聲波檢測技術(shù),對(duì)鋼筋與混凝土界面、模擬樹脂薄層損傷、沖擊損傷的CFRP復(fù)合材料厚度方向的損失分布進(jìn)行了成像測試。證實(shí)了傳統(tǒng)的接觸法或水浸法不能測量的比楔塊樹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)行測量。因此利用空氣耦合超聲波可廣泛進(jìn)行各種樹脂板、積層板的損傷檢查及各種波速測量。空氣耦合超聲波法雖然與接觸式或水浸超聲波法相比操作復(fù)雜,但由于其非接觸無損無害且可以定量評(píng)價(jià),正逐漸地應(yīng)用于工業(yè)制品的無損檢查與評(píng)價(jià)。為了降低**率導(dǎo)入非接觸無損檢測與評(píng)價(jià)的產(chǎn)業(yè)正在漸漸增加,空氣耦合超聲波檢測法將可能成為某些材料檢測的有力武器。