空氣耦合超聲波測(cè)距的討論

1、Evaluationof measuring displacement by Non Contact Air Coupled Ultrasonic Testing常俊杰JUNJIE CHANG日本探頭株式會(huì)社JAPAN PROBE CO., LTD.非接觸空氣中數(shù)十毫米以內(nèi)的工作的距離和位移測(cè)定方法是激光的主流。然而，用激光測(cè)定的工作也是有困難的，比如光吸收的黑色橡膠和透明的東西是表面反射小的測(cè)量困難，并有半透明的東西是表面反射背面反射等重疊的測(cè)量困難。對(duì)此，運(yùn)用空氣耦合超聲波的反射法測(cè)量的話，任何工作都只需在表面反射測(cè)量。這次工作使用2MHz的聚焦型超聲波探頭，采用空氣耦合超聲波反射法測(cè)量，

2、可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量確定距離。引言現(xiàn)在市面上銷售的位移測(cè)量?jī)x器：超聲波和激光的長(zhǎng)處和短處傳感器方式原理分辨率備注超聲波反射發(fā)最高1mm程度400kHz以下的超聲波利用高分辨率目標(biāo)激光調(diào)制光外差干涉方式超高分辨率20pm光的反射率不好的話測(cè)量困難激光共焦點(diǎn)高分辨率測(cè)定距離范圍狹窄激光三角測(cè)量分辨率設(shè)置角度測(cè)量可否產(chǎn)生研究的意義超聲波測(cè)定距離的需求黑色橡膠狹窄的空間利用點(diǎn)聚焦空氣探頭的精度確認(rèn)Fig.2Photograph of experimentalsetup 環(huán)境和實(shí)驗(yàn)設(shè)置的照片F(xiàn)ig.1Photographsofenvironment and experimentalsetupFig.3A-m

3、ode Scope (2MHz :2K15 R15)測(cè)量環(huán)境的情況：通常環(huán)境下 短時(shí)間的測(cè)定溫度變化0.1以內(nèi)無風(fēng)PC溫度計(jì)點(diǎn)聚焦空氣探頭反射板sus304軸前后移動(dòng)熱點(diǎn)對(duì)(外）熱點(diǎn)對(duì)（內(nèi)）點(diǎn)聚焦空氣探頭發(fā)送波形反射波 第一次反射波 第二次數(shù)碼微量?jī)x表表示溫度計(jì)表示畫面pc測(cè)定畫面數(shù)碼千分尺點(diǎn)聚焦空氣探頭反射板ss304數(shù)碼微量?jī)x表發(fā)射接收器Fig.4 B-mode Scope and its example of A-mode Scope (2MHz :2K15 R15)詳細(xì)測(cè)量的例子Fig.5 Relationship between displacement of reflector a

4、nd propagation timeTable2 Relationship between displacement of reflector and propagation time 從平坦的反射面的測(cè)量精度可以看清。數(shù)顯千分尺的位置變化B模式測(cè)量非常高的相關(guān)，直線性B模式檢測(cè)出最高峰 第一回檢測(cè)出最高峰 第二回第一回最高峰第二回最高峰26.5度15毫米的位置作為中心 0.100毫米上下0.5mm移動(dòng)，測(cè)量反射波（B模式表示)誤差的探討Fig.6 Influenceofpropagationtimebytemperature of chamber10個(gè)小時(shí)連續(xù)測(cè)量溫度的高峰時(shí)間的變動(dòng)溫度測(cè)

5、量結(jié)果是連動(dòng)的。短時(shí)間的測(cè)量溫度影響很少溫度矯正可以減少誤差第一回的最高峰經(jīng)過時(shí)間（分）應(yīng)用測(cè)量的例子（樣品和測(cè)量系統(tǒng)的說明）Fig.7Configuration of focused air probes Fig.8Photograph of experimental setup丙烯管道外徑磁帶等級(jí)差別（1枚、2枚、3枚）1張60m的東西寬25mm外側(cè)，從內(nèi)側(cè)偏心及落差進(jìn)行測(cè)量。用鏡子，細(xì)小的地方也可以進(jìn)行測(cè)量。旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)2 rpm測(cè)量外側(cè)周囲220毫米內(nèi)側(cè)周囲207毫米一周215點(diǎn)的測(cè)量，約1毫米的間距z臺(tái)探頭2k15 R15X Y微調(diào)臺(tái)探頭0.8k20 R40旋轉(zhuǎn)臺(tái)楔塊（45度鏡面）丙烯管

6、道 外徑 70磁帶階梯差測(cè)量用（內(nèi)測(cè)黏貼外側(cè)）電纜探頭外觀形狀探頭外觀形狀安裝板安裝螺絲45度楔塊（鏡面）丙烯管道外徑 70 內(nèi)經(jīng)66應(yīng)用測(cè)量結(jié)果Fig.10 Outside displacement profile of pipe(2MHz:2K15 R15）Fig.11 Inside displacement profile of pipe（800kHz: 0.8K20 R40）Fig.9B-mode Scope and its example of A-mode Scope(2MHz :2K15 R15)舞臺(tái)一邊旋轉(zhuǎn)一邊進(jìn)行B模式測(cè)量。這次是內(nèi)測(cè)與外側(cè)分別測(cè)量。（從內(nèi)測(cè)的測(cè)量）用鏡面測(cè)量可能！位移換算沒有（從外側(cè)的測(cè)量）等級(jí)差別響應(yīng)測(cè)量（從外側(cè)開始的測(cè)量）B模式波形的例子 A模式傳播時(shí)間傳播時(shí)間總結(jié)根據(jù)超聲波反射法，利用2MHz點(diǎn)聚焦超聲波空氣探頭，在0.1的溫度變化范圍內(nèi)的話，0.01毫米（10m）超過精度位移測(cè)量的是可以確認(rèn)的。特別是，考慮到樓梯等測(cè)定時(shí)候相鄰測(cè)量短時(shí)間內(nèi)有落差測(cè)量精度數(shù)m的可能為了滿足您的要求，制作原型探頭，由反射鏡面進(jìn)行的測(cè)量精度驗(yàn)證也已經(jīng)在計(jì)劃中。另外，通過使用聚焦超聲空氣探頭測(cè)量點(diǎn)聚長(zhǎng)焦距時(shí)，通過45度鏡面發(fā)現(xiàn)從管子內(nèi)部進(jìn)行位移測(cè)量步驟。根據(jù)這個(gè)，達(dá)到了在狹小的空間進(jìn)行測(cè)量的目標(biāo)。參考文獻(xiàn)）堀內(nèi)正