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功率放大器在空氣耦合超聲波斜入射的鋼板缺陷檢測中的應用

作者：Aigtek 閱讀數：0 發布時間：2026-02-12 14:00:41

　　實驗名稱：基于空氣耦合超聲波斜入射的鋼板缺陷檢測實驗

　　研究方向：空氣耦合超聲波技術在金屬構件無損檢測中的應用

　　實驗目的：通過實驗解決鋼質管道超聲波檢測中因空氣-金屬聲阻抗差異導致的能量衰減嚴重、檢測難度大的問題。推導并驗證空氣耦合超聲波斜入射的最佳檢測角度，提升檢測信號能量與精度。并分析鋼板缺陷尺寸（深度、寬度）對檢測信號的影響規律，實現基于信號特征的缺陷定性評估。為空氣耦合超聲波技術在鋼質管道缺陷檢測中的工程應用提供理論與實驗依據。

　　測試設備：硬件設備：函數發生器、任意波形高壓放大器、功率放大器、空氣耦合發射/接收探頭（直徑28mm，中心頻率200kHz）、Q235鋼板試件（200mm×400mm）、前置放大器、示波器。

圖1：試驗平臺示意圖

　　實驗過程：實驗中探頭提離30mm、間距160mm，激勵為200kHz、5周期正弦波，頻率-厚度積1.6MHz·mm。步驟：函數發生器產生5串脈沖激勵信號，經高壓放大器放大后驅動發射探頭激發超聲波，超聲波在鋼板中傳播轉換后由接收探頭接收，信號經前置放大器放大，最終送入示波器采集顯示。

　　實驗結果：基于超聲波在空氣與鋼板中傳播的透射系數與入射角關系，理論推導得出頻率-厚度積1.6MHz·mm時，最佳入射角度為2.4°，此角度下超聲波透射能量與信號幅值最大，且經有限元仿真和實驗驗證。空氣耦合超聲波斜入射法可有效檢測鋼板缺陷，仿真與實驗均顯示，無缺陷時接收信號幅值最大，缺陷深度增加則幅值遞減。該方法檢測靈敏度和準確性較高，但目前僅適用于厚度≤10mm的鋼板，未來將拓展至厚度超10mm的鋼板及輸氣管道，以提升檢測精度。

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