空气超声换能器及其发射、接收装置的研究

【摘要】：由于空气超声可大大增加试件的检测范围并提高换能器的使用寿命，特别是在焊接过程中可对高温构件进行实时检测，因此，相关的研究已引起焊接领域的重视。 论文对空气超声设备及超声换能器进行了系统分析研究，设计并调试了超声波脉冲发射及接收装置。超声脉冲发射电路采用了IGBT作为开关元件，提高了脉冲宽度的控制精度，并利用宽频带放大器对超声信号进行无失真的放大。论文着重对空气超声脉冲发射装置的主电路进行了工作过程分析，建立了主电路的等效电路，并用拉普拉斯变换法对等效电路进行了定量计算与实测分析，找出了电路的较为复杂的运行规律以及力端参数(如动态电容、动态电感)对电路波形的影响，并优化了主电路的主要元器件参数(如谐振电感L_0、静态电容C_0、充电电容C_2等)，得到空气超声脉冲主电路的主要推荐参数值，较好地实现了空气超声脉冲发射电路的电学匹配。 超声换能器的结构设计是实现空气超声检测的一个重要因素，为了实现超声换能器声阻抗匹配，提高超声波的透射率，论文对普通的超声换能器进行了结构改造，并对改造后的空气超声换能器作了性能测试。测试结果表明，改造后的空气超声换能器的超声脉冲波形的正向幅值电压有了较大的提高。经对空气超声波形(加匹配层)进行频谱分析后发现用脉冲波形的最高谱线及次高潜线对应的频率计算匹配层厚度，可得到较好的匹配结果，但是空气超声波形的最高谱线均移向高频段，这可能是造成脉冲空气超声换能器可检测的范围有限的一个重要原因。 上述研究成果对于实现空气超声无损检测有非常重要的工程应用价值及理论价值。