實驗名稱：空氣耦合超聲檢測系統(tǒng)

研究方向：超聲

測試設(shè)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(shù)據(jù)采集卡、計算機。

實驗過程：

圖：空氣耦合超聲檢測鋰電池系統(tǒng)

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(fā)射探頭，將電信號轉(zhuǎn)化為超聲波信號并發(fā)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化為數(shù)字信號并傳送到NI5114數(shù)據(jù)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(xiàn)特定參數(shù)的掃描任務(wù)，最后顯示相關(guān)的波形信號、掃描圖像，實現(xiàn)對鋰電池的檢測。搭建的實驗系統(tǒng)硬件設(shè)備其中1為高功率信號發(fā)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(shè)計的空氣耦合超聲檢測系統(tǒng)，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(fā)射探頭和接收探頭垂直放置在鈕電池的上下兩側(cè)，且中心軸線保持重合，調(diào)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(shè)置如下圖所示。

圖：空氣耦合超聲波垂直穿透鋰電池

設(shè)置好空耦探頭位置和鋰電池的位置，然后在檢測軟件上設(shè)置具體的實驗參數(shù)，根據(jù)不同電池規(guī)格設(shè)置相應(yīng)的采樣頻率、采樣長度、增益以及各個運動參數(shù)指標(biāo)等。對于圖3-4所示的自制缺陷電池，實驗設(shè)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(nèi)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(shè)置為33dB，每組采集3584個點，采集得若干組數(shù)據(jù)進行掃描成像。

空氣耦合超聲波探頭發(fā)射的超聲波在鋰電池內(nèi)部的傳播過程中，當(dāng)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(dāng)遇到氣泡(空氣層)時，聲波透射率會降低，導(dǎo)致空氣耦合接收探頭接收到的超聲波信號減弱。所以根據(jù)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(jié)果：

根據(jù)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(guī)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(guī)律

利用空氣耦合超聲波技術(shù)檢測鋰電池氣泡缺陷，當(dāng)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(xiàn)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(shù)據(jù)中體現(xiàn)的是當(dāng)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(xiàn)緩慢衰減狀態(tài)。

安泰ATA-8202射頻功率放大器：

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