功率放大器在空气耦合超声波斜入射的钢板缺陷检测中的应用

实验名称：基于空气耦合超声波斜入射的钢板缺陷检测实验

研究方向：空气耦合超声波技术在金属构件无损检测中的应用

实验目的：通过实验解决钢质管道超声波检测中因空气-金属声阻抗差异导致的能量衰减严重、检测难度大的问题。推导并验证空气耦合超声波斜入射的最佳检测角度，提升检测信号能量与精度。并分析钢板缺陷尺寸（深度、宽度）对检测信号的影响规律，实现基于信号特征的缺陷定性评估。为空气耦合超声波技术在钢质管道缺陷检测中的工程应用提供理论与实验依据。

测试设备：硬件设备：函数发生器、任意波形高压放大器、功率放大器、空气耦合发射/接收探头（直径28mm，中心频率200kHz）、Q235钢板试件（200mm×400mm）、前置放大器、示波器。

图1：试验平台示意图

实验过程：实验中探头提离30mm、间距160mm，激励为200kHz、5周期正弦波，频率-厚度积1.6MHz·mm。步骤：函数发生器产生5串脉冲激励信号，经高压放大器放大后驱动发射探头激发超声波，超声波在钢板中传播转换后由接收探头接收，信号经前置放大器放大，最终送入示波器采集显示。

实验结果：基于超声波在空气与钢板中传播的透射系数与入射角关系，理论推导得出频率-厚度积1.6MHz·mm时，最佳入射角度为2.4°，此角度下超声波透射能量与信号幅值最大，且经有限元仿真和实验验证。空气耦合超声波斜入射法可有效检测钢板缺陷，仿真与实验均显示，无缺陷时接收信号幅值最大，缺陷深度增加则幅值递减。该方法检测灵敏度和准确性较高，但目前仅适用于厚度≤10mm的钢板，未来将拓展至厚度超10mm的钢板及输气管道，以提升检测精度。

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图：ATA-3040C功率放大器指标参数

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