● 摘要
复合材料构件在航空航天领域中的广泛应用对无损检测技术提出了更高的要求，空气耦合超声检测以其非接触、非侵入的特点受到越来越多的重视。但空气耦合超声换能器效率低，透射系数极小，回波信噪比差，难以直接运用于实际检测过程中。本文针对空气耦合超声换能器特点，对不同种类的激励和接收方法展开研究，以提高换能器利用效率和回波信号信噪比；搭建空气耦合超声检测系统，以满足实际检测需求。 文中首先介绍了空气耦合超声检测方法及特点，在研究常见激励方式对空气耦合超声换能器的作用效果的基础上，引入了脉冲消除技术，达到提高回波分辨能力效果。然后，将脉冲压缩技术应用于空气耦合超声换能器激励和接收过程，研究其关键参数对最终波形的影响，使信噪比和回波距离分辨能力大幅提高。另外，针对超声检测系统特点，提出了改进的非线性调频脉冲压缩激励接收方法。理论分析和实验表明，该方法能够简化线性调频激励中复杂的参数选择过程，增强脉冲压缩方法的便捷性，并能进一步提高信号的压缩性能。最后，搭建了一套空气耦合超声检测系统，通过碳纤维增强和玻璃纤维增强两种复合材料构件检测实验，验证了实验系统的可行性和激励接收方法的有效性。 项目研究结果表明，适当的选择激励信号可以提高空气耦合超声换能器利用效率；脉冲压缩方法应用于空气耦合超声检测，能够大幅提高信噪比和缺陷分辨能力；空气耦合超声检测系统能在常规C扫描系统上改造实现，可满足复合材料无损检测与评价需求。 在此基础上，本文总结了目前系统中的不足，并提出完善思路。在空气耦合换能器和常规超声检测换能器激励接收方法应用上，本文的理论分析和实验结果都有一定的参考价值。