空气耦合超声无损检测简介

空气耦合超声无损检测简介

（Air-Coupled Ultrasonic Testing, ACUT）

空气耦合超声无损检测是一种无需耦合剂（如水或凝胶）、直接通过空气传播超声波进行材料检测的技术。它克服了传统接触式超声检测对表面接触和耦合剂的依赖，适用于特殊材料或敏感场景。

一、技术原理

1. 超声波激发与接收：

• 发射探头通过压电复合材料或静电换能器产生低频超声波（通常 50 kHz–1 MHz），经空气传播至被测物体表面。

• 部分超声波穿透材料后，由另一侧的接收探头或反射信号检测内部缺陷（如孔隙、分层等）。

2. 信号处理：

• 空气与材料的声阻抗差异极大（空气阻抗约 400 Rayl，铝为 17 MRayl），导致信号严重衰减，需采用高灵敏度探头和降噪算法（如脉冲压缩、时间反转法）。

二、技术特点

三、典型应用场景

1. 航空航天：

• 复合材料（碳纤维、蜂窝夹层结构）的分层、脱粘检测。

2. 新能源：

• 锂电池电极涂层均匀性、焊接缺陷检测。

3. 建筑材料：

• 混凝土内部裂缝、木材腐朽检测。

4. 电子封装：

• 芯片封装中的气隙或胶层缺陷。

5. 文物保护：

• 脆弱文物（如壁画、陶瓷）的内部结构分析。

四、关键设备与技术参数

1. 探头频率：

• 低频（50–200 kHz）：穿透性强，适合厚材料。

• 高频（0.5–1 MHz）：分辨率高，适合薄层检测。

2. 换能器类型：

• 压电复合材料换能器（如PMN-PT）：高灵敏度。

• 静电换能器（EMAT）：宽频带响应。

3. 系统厂商：

• 美国Ultrasonic Sciences Ltd：商用ACUT系统（如ACS-1000）。

• 德国Fraunhofer IKTS：高频空气耦合探头（1 MHz以上）。

• 日本Olympus：便携式空气耦合检测仪（如Epoch 650）。

五、技术挑战与解决方案

1. 信号衰减：

• 使用脉冲压缩技术或编码激励（如Chirp信号）提升信噪比。

2. 界面反射干扰：

• 采用自适应滤波或机器学习算法分离噪声。

3. 穿透力不足：

• 优化探头设计（如匹配层技术）或使用多探头阵列。

六、与其它非接触超声技术的对比

七、未来发展趋势

1. 高频探头开发：提升分辨率（如2 MHz以上）。

2. AI辅助成像：实时缺陷分类与3D重建。

3. 工业集成化：与机器人或自动化产线结合（如汽车焊缝检测）。