射频功率放大器在空气耦合超声检测系统中的应用

实验名称：空气耦合超声检测系统

研究方向：超声

测试设备：ATA-8202射频功率放大器、探头、ATA-5620前置放大器、超声波接收器、数据采集卡、计算机。

实验过程：

图：空气耦合超声检测锂电池系统

锂电池空气耦合超声检测具体过程为：首先通过ATA-8202射频功率放大器输出所需的激励信号，激励高灵敏度的0.4K20N-TXR40空发射探头，将电信号转化为超声波信号并发射到空气中。超声波信号透过锂电池后到达空气中，被0.4K20N-RXR40空耦接收探头接收并将声信号转化为电信号，输入到ATA-5620的前置放大器，前置放大器对信号进行滤波、放大后，由JPR-10CN超声波接收器接收，再将电信号转化为数字信号并传送到NI5114数据采集卡，输入到计算机。计算机通过电机运动控制器、扫描架来实现特定参数的扫描任务，最后显示相关的波形信号、扫描图像，实现对锂电池的检测。搭建的实验系统硬件设备其中1为高功率信号发生器，2为前置放大器，3为专用的空气探头，4为运动控制架、5为电机控制器。

实验利用设计的空气耦合超声检测系统，在常温25C下进行，采用空气耦合垂直穿透法对锂电池进行超声无损检测实验。将空耦发射探头和接收探头垂直放置在钮电池的上下两侧，且中心轴线保持重合，调整探头使接收到的超声信号幅值最大，固定探头相对位置不变。具体设置如下图所示。

图：空气耦合超声波垂直穿透锂电池

设置好空耦探头位置和锂电池的位置，然后在检测软件上设置具体的实验参数，根据不同电池规格设置相应的采样频率、采样长度、增益以及各个运动参数指标等。对于图3-4所示的自制缺陷电池，实验设置运动控制器分别在X方向、Y方向以0.3mm为步进，对268mmx368mm的范围内进行空耦超声穿透C扫描，以10MHz的采样频率采样空气耦合超声信号，把增益设置为33dB，每组采集3584个点，采集得若干组数据进行扫描成像。

空气耦合超声波探头发射的超声波在锂电池内部的传播过程中，当遇到无空气层的部位时，声波透过锂电池，被空气耦合接收探头接收，当遇到气泡(空气层)时，声波透射率会降低，导致空气耦合接收探头接收到的超声波信号减弱。所以根据超声波A型信号的幅值变换，可以判断锂电池中是否有气泡，也就是空气层缺陷。如下图所示为实验得到的有无气泡《空气层)的锂电池超声波波形。

图：锂电池有无气泡缺陷超声波波形图

实验结果：

根据得到的不同波形最大幅值平均值，绘制出钮电池空耦超声透射波信号最大幅值随气泡缺陷直径变化规律图，即下图所示。

图：超声透射波信号最大幅值随气泡缺陷直径变化规律

利用空气耦合超声波技术检测锂电池气泡缺陷，当声波垂直透射过锂电池中气泡缺陷深度一定时，随着气泡缺陷直径的不断增大，透射波信号的最大幅值整体呈现衰减的趋势，并不是直线衰减，而是先平缓衰减，再剧烈衰减，到达一定值时再次平缓衰减。在数据中体现的是当缺陷直径为1mm、2mm时，衰减速度较为平缓随后是声波衰减速度较快，到达缺陷直径为8mm时，锂电池透射声波幅值再次呈现缓慢衰减状态。

安泰ATA-8202射频功率放大器：

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审核编辑：汤梓红