Page 126 - 无损检测2024年第一期

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2.2.1 超声反射法可视化检测原理及其系统 利用式（1）中超声信号之间的时域关系，
用于复合材料结构或制件超声反射法可视 可以确定检出缺陷的深度位置和局部厚度分布。
化检测原理及其系统基本构成如图 1[ 图 1（a） 在单脉冲条件下，可以提取到来自不同复合材料
为来自复合材料结构的超声反射信号；（b）为 层间界面可能存在缺陷的超声反射信号，从而实
超声波在复合材料结构或制件内部传播示意 ] 所 现复合材料结构或制件缺陷超声准确表征和评估。
示，图中 为入射声波， 为复合材料结构表面 为了实现整个复合材料结构或制件的超声可视化
检测，需要设计或采用专门的超声可视化检测系
反射声波， 为复合材料结构底面反射声波，
为复合材料结构内部缺陷反射声波， 为声波在 统，复合材料结构超声反射法可视化检测系统基
复合材料中传播时间。利用探头向被检测复合材 本构成如图 1（c）所示，通常主要由超声探头、
料结构或制件发射周期性脉冲超声波 ，此超声 超声发射 / 接收单元、信号处理单元、多轴扫描
波通过耦合介质（如水）传播到复合材料结构 与控制单元、计算机、成像显示存贮单元等构成。
或制件表面，与其相互作用后，在复合材料结 采用笔者研制的 MUI 系列（线性坐标、喷水耦
构或制件内部形成反射声波 。这里 合式）、CUS 系列（线性坐标、水浸耦合式）、
。 为复合材料结构或制件内部材料 DUS 系列（向量坐标、水浸 / 喷水耦合式）超声
对 的弹性响应，当复合材料结构或制件内部微 发射法自动扫描成像检测系统和 MUT-1 复合材
结构、层间界面结合行为发生变化或者出现缺陷 料检测仪器以及 FJ 系列探头构建复合材料超声
时，会影响复合材料结构或制件内部材料对 的 反射法可视化检测系统，用于复合材料中超声行
弹性响应，当这种弹性响应足够明显时，就会引 为研究、特征信号和成像分析与缺陷准确评估，
起显著的声波反射行为，进而在复合材料结构或 从而实现不同场景复合材料结构或制件的超声可
制件中形成可辨别的 ， 经探头压电转换为 视化检测与缺陷准确评估。
对应的脉冲超声回波信号 。如果能够

使 中每个脉冲回波信号 在时域上可分辨，
就可确定发生弹性响应变化的区域和位置，进而
用于复合材料结构或制件可视化检测与缺陷表征
及评估。
影响 时域可分辨行为的因素主要有： 的
脉冲回波信号响应宽度；构成 的单个脉冲回波
信号的宽度；构成 的脉冲个数，即脉冲周期数。
对于垂直入射超声纵波反射法可视化检测，大量 图 1 复合材料结构或制件超声反射法可视化检测原理及
的研究和应用结果表明，采用本项目团队创建的 其系统基本构成
单脉冲超声技术（包括探头、超声仪器及超声系统） 2.2.2 超声穿透法视化检测原理及其系统
可以显著改善超声反射法表面检测盲区和纵向分 用于复合材料结构或制件超声穿透法可视化
辨率。在单脉冲超声条件下，当缺陷面积小于探 检测原理如图 2[ 图 2（a）为来自复合材料结构
头声束面积时，来自复合材料结构或制件的超声 的超声透射信号 ,（b）为超声波在复合材料结构
回波信号可以用如图1 （a）表示，此时 可表示为： 或制件内部传播示意 ] 所示，利用超声探头向被

（1） 检测复合材料结构或制件发射周期性脉冲超声波
，此超声波通过耦合介质，传播到复合材料结
式中 : ; ; 。
构或制件内部，形成透射声波 。如图 1 （a）所示 ,
式（1）中的 反映入射声波在复合材料结
当复合材料结构或制件内部微结构、层间界面结
构或制件表面的耦合效果； 与复合材料结构或
合行为发生变化或者出现缺陷时，会影响入射声
制件内部缺陷有关； 反映到达复合材料结构或
波在复合材料结构或制件内部传播衰减，甚至不
制件底面的超声波大小，与复合材料结构或制件
能到达复合材料结构或制件的另一侧，从而使接
内部是否存在缺陷、缺陷类型、其内部声衰减特
收侧的超声探头收不到透射信号。 经接收探头
性等有关。
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