什么是空气耦合超声？

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）是非接触式无损检测设备中的“重要关键人物”，在使用过程中无需耦合剂，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（也叫探头）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。

注：探头频率不是越高越好，技术人员需要根据材料材质和厚度来选用适宜频率的探头

下图列表为空气耦合超声换能器类型

自20世纪30年代人们就开始利用超声波对材料内部结构进行研究

1944年：国外开始研制基于脉冲反射法的超声波检测系统——超声扫描显微镜（英文：Scanning Acoustic Microscope）简称超声SAM；

1960年：空气耦合超声被提出，以空气作为传播介质。面对传播时衰减严重的问题，在研制高灵敏超声换能器，经历了漫长发展；

1980年：国外研发出数字信号处理技术，这是空耦超声进入快速发展时期；

1992年：国外利用铁电聚合物技术研发频率为380KHz的空耦超声换能器；

1995年：国外研发出球形聚焦空气耦合换能器；

2002年：国外利用空耦超声检测技术对铁轨内部缺陷进行检测与分析；

2003年: 国外利用常规无损检测设备基础集成空耦超声压电换能器，提高回波信号；

2004年：国外利用扫频倍增技术提高空耦超声信号的信噪比，为后续空耦超声成像奠定了基础；

2005年：国内高校院所开始总结国外研发成果，分析未来发展趋势；

2007年：国外利用双探头对穿式脉冲反射法对航空航天复合材料进行检测，为后续空耦检测复材的可能性；

2007年：国内高校院所总结空耦超声实际应用和局限性，并研究处提高空耦超声检测能力的方法；

2014年：国外利用脉冲压缩方法，研究了不同信号调制技术对空耦超声信噪比的影响；

2019年：国外基于时间反转算法的空耦超声，在应用纤维复合材料的检测中，提高了缺陷成像分辨率；

2011年：国内研究空耦超声换能器声场分布特性；

2013年：国内利用空耦超声设备检测碳纤维树脂增强材料，验证空耦超声C扫描图像准确性；

2010至2015年：国内采用（非）、线性调频脉冲压缩方法，有效提高信噪比，获得更好的超声C扫描图像结果；

2017年：国内空耦超声技术与工业机械相结合实现自动化，减少人为误差；

2018年：国内研究了不同型号空耦超声探头声场特性，为实际检测中提供了依据；

2019年：国内解决了空耦超声回波信号弱、噪音大等问题；

2020年：国内开发具备信号预处理降噪及脉冲压缩算法的空耦超声系统软件；

2021年：国外通过空气耦合超声探伤系统采集Lamb波数据，分析材料损伤位置；

2022年：基于国内外共同研发成果，北京采声科技成功搭建自动化空气耦合超声设备并对航空级蜂窝夹芯板内部脱粘缺陷进行检测。

由此得知空耦超声设备早在20世纪60年代被提出，而首次使用是在21世纪，在此之前曾重重突破三大难题：

（1）空气对超声波的衰减程度问题；

（2）气/固界面之间产生巨大声阻抗差异造成超声波的大量反射问题；

（3）超声换能器（探头）转换效率低问题 。

空耦超声技术最早由国外发展而来，当时国内因为没有成熟的超声设备生产商，一些零部件制造厂家，不惜花费大价钱去购买进口超声设备。导致国内市场基本被国外占领，作为业内人士的你肯定听过：美国Sonscan，德国PVA，日本Hitachi，却很少有人了解国产超声品牌中国北京采声TCS，目前国产超声设备发展迅速，设备功能齐全，售后服务便捷，如果你是某公司的一名采购员该如何抉择呢？

1.透射法：利用两个空气耦合超声换能器进行缺陷扫描，空耦超声换能器位于被检材料两侧，两换能器的中心轴线重合，且与工件的上下表面垂直。可以快速判断出复合材料是否存在缺陷。

2.脉冲反射法：该检测方式多用于表面特性分析和成像。由于试件底面回波信号往往易被试件表面反射信号所淹没,所以较少用于对试件内特性检测。

3.斜入射法:发射传感器和接收传感器在试件同侧。空气耦合超声斜入射检测法可应用于同侧检测,该技术为密闭容器、设备等的在役检测提供了极便利。

空气耦合超声检测具备非接触、非破坏、非浸入及安全无害的特点，可以实现不能浸水和低密度的材料，这种检测方法与常规超声相比，最大的区别是不需要耦合剂涂抹在被检部件上，只是利用超声波从发射探头通过空气传播到待测工件中，对一些不能泡在水里的工件非常友好。

空耦超声扫描优势：

1、可检测非常薄（PE薄膜材料）和非常厚的复合材料

2、适合板类工件大面积快速无损检测

3、对工件属性几乎没有任何要求（例如：纤维复合材料、低密度泡沫材料、胶粘材料、陶瓷材料）

4、对分层缺陷、空鼓气泡缺陷、厚度变化非常敏感

5、无需耦合剂非接触式扫描，减少误判。

空耦超声设备难点：

空耦超声检测设备利用空气作为传播介质，代替了原有液体耦合介质，在检测精度上和水浸超声对比悬殊，在未来研究道路上仍需不断前进,也是具有难度的挑战。

碳纤维、玻璃纤维脱胶分层空耦超声检测、电池气泡缺陷空耦超声检测、云母材料电芯外壳分层空耦超声检测等。

采声空耦超声——电解液浸润测试（最后一个未充电解液）

采声空耦超声检测系统适用于碳纤维复合板、玻璃层压板、云母板等复合板材；锂离子电池，航空航天、军工制造、散热循环领域元器件质量及内部缺陷的超声无损检测设备。对不能浸水材料进行对穿扫描，生成超声C扫描，以图像的方式展示内部裂纹、分层、鼓包、夹杂、气孔、漏液等缺陷问题。