什么是空耦超声?

空气耦合超声检测（英文：non-contact air coupled ultrasonic testing，简称NACU，也有称其为airScan）在使用过程中无需耦合剂，探头和工件之间保持空气间隙即可完成检测。摆脱了材料的限制，如材料易吸水、易溶解、多孔等特性。非接触式扫描减少超声换能器的损伤以及特殊环境中液体耦合剂干扰信号的困扰；不破坏被测材料。由于超声波在空气中传播衰减严重，所以一般选择低频超声探头。

北京采声空耦对穿式扫描

空耦超声工作模式

1. 透射法（最常用）：发射、接收探头分居工件两侧，缺陷会造成透射波能量下降，适合 C 扫成像，复材、蜂窝大量使用。

2. 脉冲反射法：单探头收发一体，只能够单侧接触工件，信号更弱。

3. 斜入射模式：探头倾斜，激发横波，用于薄金属、焊缝检测。

1.透射法检测原理

透射法检测原理如图一所示。超声发射换能器发射超声脉冲，脉冲穿透工件后，由工件另一侧的接收换能器完成信号采集。

• 工件内部无缺陷时：超声波能够顺利穿透工件，接收得到的信号能量大、幅值高，见图一 (a)。

• 工件内部存在气泡、夹杂、脱粘等缺陷时：缺陷位置会发生声阻抗变化，造成超声能量衰减，接收到的信号能量下降，见图一 (b)；且工件损伤程度越高，穿透后的超声能量衰减越明显。

空气耦合超声透射法采用一对空气耦合超声换能器开展缺陷扫描检测。两个换能器分别布置在被检材料的两侧，二者中心轴线保持重合，并垂直于工件上下表面。

图一透射法的检测原理

2.脉冲反射法检测原理

脉冲反射法检测原理如图二所示。超声换能器发射超声脉冲进入工件，当超声波遇到由声阻抗不同的介质构成的界面时，会产生回波信号。根据工件内部缺陷情况，回波信号呈现以下三种特征：

• 工件内部无缺陷时：超声波直达工件另一侧边界后反射，换能器仅接收到边界回波，经过一定时间延迟后出现一个波峰，见图二 (a)。

• 工件内部存在小缺陷时：缺陷处与工件边界均会反射超声波，换能器接收到两个明显波峰，且缺陷回波出现在界面回波之前，见图二 (b)。

• 工件内部存在大缺陷时：超声波在缺陷处几乎全部反射，换能器仅接收到一个明显波峰，且波峰出现时间较为靠前，见图二 (c)。

空气耦合超声脉冲反射法采用单个空气耦合超声换能器进行缺陷扫描，该探头同时承担超声发射与接收功能。

图二脉冲反射法的检测原理

3.斜入射法检测原理

空气耦合超声斜入射法，将发射、接收换能器按一定倾斜角度布置完成超声收发，主要分为斜入射异侧同轴、斜入射异侧非同轴、斜入射同侧三种检测方式，如图三所示。

该方法通过调节超声波入射角度，可在工件内部激发横波、纵波、表面波以及 Lamb 波等多种波形，结合接收信号的特征分析，实现对工件内部缺陷的判定。

图三斜入射法检测原理

空耦超声应用场景有哪些？

复合材料领域

1. 碳纤维层压板：检测层间分层、内部孔隙、冲击损伤

2. 玻璃纤维层压板：板材内部缺陷、层间粘接质量筛查

3. 泡沫夹芯复合材料：芯材与面板脱粘、芯材破损缺陷检测

4. 蜂窝夹层结构：蒙皮‑蜂窝脱粘、胶接界面缺陷评估

5. 军工 / 装甲复合材料

• 防弹衣多层复合材料：多层粘接界面脱粘、粘接完整性检测

• 装甲复合材料：内部缺陷、层间结合质量无损评估

6. 各类多层粘结材料：多胶层复合构件，各层界面脱粘、虚粘检测

新能源行业

1. 锂电池检测：电芯内部气泡、夹层缺陷非接触成像检测

2. 新能源汽车云母材料 & 电芯外壳：云母绝缘层缺陷、电芯外壳粘接与内部缺陷检测