實(shí)驗(yàn)名稱：空氣耦合超聲檢測(cè)系統(tǒng)

研究方向：超聲

測(cè)試設(shè)備：ATA-8202射頻功率放大器、探頭、ATA-5620前置放大器、超聲波接收器、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

圖：空氣耦合超聲檢測(cè)鋰電池系統(tǒng)

鋰電池空氣耦合超聲檢測(cè)具體過(guò)程為：首先通過(guò)ATA-8202射頻功率放大器輸出所需的激勵(lì)信號(hào)，激勵(lì)高靈敏度的0.4K20N-TXR40空發(fā)射探頭，將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為超聲波信號(hào)并發(fā)射到空氣中。超聲波信號(hào)透過(guò)鋰電池后到達(dá)空氣中，被0.4K20N-RXR40空耦接收探頭接收并將聲信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，輸入到ATA-5620的前置放大器，前置放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、放大后，由JPR-10CN超聲波接收器接收，再將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并傳送到NI5114數(shù)據(jù)采集卡，輸入到計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)通過(guò)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器、掃描架來(lái)實(shí)現(xiàn)特定參數(shù)的掃描任務(wù)，最后顯示相關(guān)的波形信號(hào)、掃描圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池的檢測(cè)。搭建的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件設(shè)備其中1為高功率信號(hào)發(fā)生器，2為前置放大器，3為專用的空氣探頭，4為運(yùn)動(dòng)控制架、5為電機(jī)控制器。

實(shí)驗(yàn)利用設(shè)計(jì)的空氣耦合超聲檢測(cè)系統(tǒng)，在常溫25C下進(jìn)行，采用空氣耦合垂直穿透法對(duì)鋰電池進(jìn)行超聲無(wú)損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。將空耦發(fā)射探頭和接收探頭垂直放置在鈕電池的上下兩側(cè)，且中心軸線保持重合，調(diào)整探頭使接收到的超聲信號(hào)幅值最大，固定探頭相對(duì)位置不變。具體設(shè)置如下圖所示。

圖：空氣耦合超聲波垂直穿透鋰電池

設(shè)置好空耦探頭位置和鋰電池的位置，然后在檢測(cè)軟件上設(shè)置具體的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，根據(jù)不同電池規(guī)格設(shè)置相應(yīng)的采樣頻率、采樣長(zhǎng)度、增益以及各個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)指標(biāo)等。對(duì)于圖3-4所示的自制缺陷電池，實(shí)驗(yàn)設(shè)置運(yùn)動(dòng)控制器分別在X方向、Y方向以0.3mm為步進(jìn)，對(duì)268mmx368mm的范圍內(nèi)進(jìn)行空耦超聲穿透C掃描，以10MHz的采樣頻率采樣空氣耦合超聲信號(hào)，把增益設(shè)置為33dB，每組采集3584個(gè)點(diǎn)，采集得若干組數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描成像。

空氣耦合超聲波探頭發(fā)射的超聲波在鋰電池內(nèi)部的傳播過(guò)程中，當(dāng)遇到無(wú)空氣層的部位時(shí)，聲波透過(guò)鋰電池，被空氣耦合接收探頭接收，當(dāng)遇到氣泡(空氣層)時(shí)，聲波透射率會(huì)降低，導(dǎo)致空氣耦合接收探頭接收到的超聲波信號(hào)減弱。所以根據(jù)超聲波A型信號(hào)的幅值變換，可以判斷鋰電池中是否有氣泡，也就是空氣層缺陷。如下圖所示為實(shí)驗(yàn)得到的有無(wú)氣泡《空氣層)的鋰電池超聲波波形。

圖：鋰電池有無(wú)氣泡缺陷超聲波波形圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

根據(jù)得到的不同波形最大幅值平均值，繪制出鈕電池空耦超聲透射波信號(hào)最大幅值隨氣泡缺陷直徑變化規(guī)律圖，即下圖所示。

圖：超聲透射波信號(hào)最大幅值隨氣泡缺陷直徑變化規(guī)律

利用空氣耦合超聲波技術(shù)檢測(cè)鋰電池氣泡缺陷，當(dāng)聲波垂直透射過(guò)鋰電池中氣泡缺陷深度一定時(shí)，隨著氣泡缺陷直徑的不斷增大，透射波信號(hào)的最大幅值整體呈現(xiàn)衰減的趨勢(shì)，并不是直線衰減，而是先平緩衰減，再劇烈衰減，到達(dá)一定值時(shí)再次平緩衰減。在數(shù)據(jù)中體現(xiàn)的是當(dāng)缺陷直徑為1mm、2mm時(shí)，衰減速度較為平緩隨后是聲波衰減速度較快，到達(dá)缺陷直徑為8mm時(shí)，鋰電池透射聲波幅值再次呈現(xiàn)緩慢衰減狀態(tài)。

安泰ATA-8202射頻功率放大器：

本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機(jī)都支持免費(fèi)試用。

審核編輯：湯梓紅