實驗名稱：空氣耦合超聲檢測系統

研究方向：超聲

測試設備：ATA-8202射頻功率放大器、探頭、ATA-5620前置放大器、超聲波接收器、數據采集卡、計算機。

實驗過程：

圖：空氣耦合超聲檢測鋰電池系統

鋰電池空氣耦合超聲檢測具體過程為：首先通過ATA-8202射頻功率放大器輸出所需的激勵信號，激勵高靈敏度的0.4K20N-TXR40空發射探頭，將電信號轉化為超聲波信號并發射到空氣中。超聲波信號透過鋰電池后到達空氣中，被0.4K20N-RXR40空耦接收探頭接收并將聲信號轉化為電信號，輸入到ATA-5620的前置放大器，前置放大器對信號進行濾波、放大后，由JPR-10CN超聲波接收器接收，再將電信號轉化為數字信號并傳送到NI5114數據采集卡，輸入到計算機。計算機通過電機運動控制器、掃描架來實現特定參數的掃描任務，最后顯示相關的波形信號、掃描圖像，實現對鋰電池的檢測。搭建的實驗系統硬件設備其中1為高功率信號發生器，2為前置放大器，3為專用的空氣探頭，4為運動控制架、5為電機控制器。

實驗利用設計的空氣耦合超聲檢測系統，在常溫25C下進行，采用空氣耦合垂直穿透法對鋰電池進行超聲無損檢測實驗。將空耦發射探頭和接收探頭垂直放置在鈕電池的上下兩側，且中心軸線保持重合，調整探頭使接收到的超聲信號幅值最大，固定探頭相對位置不變。具體設置如下圖所示。

圖：空氣耦合超聲波垂直穿透鋰電池

設置好空耦探頭位置和鋰電池的位置，然后在檢測軟件上設置具體的實驗參數，根據不同電池規格設置相應的采樣頻率、采樣長度、增益以及各個運動參數指標等。對于圖3-4所示的自制缺陷電池，實驗設置運動控制器分別在X方向、Y方向以0.3mm為步進，對268mmx368mm的范圍內進行空耦超聲穿透C掃描，以10MHz的采樣頻率采樣空氣耦合超聲信號，把增益設置為33dB，每組采集3584個點，采集得若干組數據進行掃描成像。

空氣耦合超聲波探頭發射的超聲波在鋰電池內部的傳播過程中，當遇到無空氣層的部位時，聲波透過鋰電池，被空氣耦合接收探頭接收，當遇到氣泡(空氣層)時，聲波透射率會降低，導致空氣耦合接收探頭接收到的超聲波信號減弱。所以根據超聲波A型信號的幅值變換，可以判斷鋰電池中是否有氣泡，也就是空氣層缺陷。如下圖所示為實驗得到的有無氣泡《空氣層)的鋰電池超聲波波形。

圖：鋰電池有無氣泡缺陷超聲波波形圖

實驗結果：

根據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最大幅值隨氣泡缺陷直徑變化規律圖，即下圖所示。

圖：超聲透射波信號最大幅值隨氣泡缺陷直徑變化規律

利用空氣耦合超聲波技術檢測鋰電池氣泡缺陷，當聲波垂直透射過鋰電池中氣泡缺陷深度一定時，隨著氣泡缺陷直徑的不斷增大，透射波信號的最大幅值整體呈現衰減的趨勢，并不是直線衰減，而是先平緩衰減，再劇烈衰減，到達一定值時再次平緩衰減。在數據中體現的是當缺陷直徑為1mm、2mm時，衰減速度較為平緩隨后是聲波衰減速度較快，到達缺陷直徑為8mm時，鋰電池透射聲波幅值再次呈現緩慢衰減狀態。

安泰ATA-8202射頻功率放大器：

本文實驗素材由西安安泰電子整理發布。Aigtek已經成為在業界擁有廣泛產品線，且具有相當規模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。

審核編輯：湯梓紅