在無損檢測行業中,X射線和電磁用于非接觸無損檢查,而超聲波一般用于接觸式或水浸法的無損檢查。雖然超聲波檢測方法中也有少量方法使用電磁超聲波探頭(EMAT)和激光超聲波來進行非接觸測量,但是由于超聲波集束的指向性和焦點很難控制,而且在激勵和接收超聲波時需要特殊裝置,因而限制了它們的應用范圍。另外,目前的激光超聲波法和電磁超聲波法不適合檢查微小缺陷。由于激光超聲波和X射線對人體有一定的危害,在生產現場需采取**措施,如穿戴X射線防護服及遮光眼鏡等以保護工作人員。因此,實現如X射線和電磁檢測那樣的完全非接觸超聲波檢測是從事無損檢測人員多年來的夢想。
空氣耦合超聲波法(air-coupledultrasonics)用空氣代替水浸法中的水,除了可以實現與水浸法同樣的功能外,還由于低頻超聲波在空氣中的波長比水中小,因此具有更容易聚焦的特點。2002年SecondWaveSystems公司的Bhardwaj出版了題為Non-contactUltra-sound:theFinalFrontierinNon-destructiveAnalysis的空氣傳播超聲波法宣傳手冊[1],該手冊雖然提出了非接觸空氣傳播超聲波法的有效性,但是并沒有突破傳統超聲波法的范疇。常用的空氣耦合超聲波檢測法,多使用穿透式異側檢測模式(透射法),且被限制在復合材料、木材、綠色陶瓷等傳統超聲波法很難檢測的致密度稀的多孔隙材料檢測[2-5],其主要原因是:a)由于空氣和被檢測材料聲阻抗的巨大差異使得氣固界面耦合過程中能量損失極大,因而進入被檢測材料內的超聲波能量低、振幅小;h)超聲波在傳播過程中,其衰減與頻率有關,尤其在空氣中衰減系數極大,其適用的頻率范圍被限制在1MHz以下;c)空氣耦合超聲波檢測適用頻率范圍低,其脈沖余振較長,且在檢測過程中獲得的信號幅值極低,所以不能使用反射回波法。為了更好地發揮空氣耦合超聲波檢測法的作用,針對上面三方面的問題,提出了解決對策:對于**個缺點,可以通過高靈敏度空氣耦合探頭與合適的帶通濾波前置放大器相組合,將接收信號增幅100～120dB(10萬倍～100萬倍),以實現使用傳統的超聲波發射接收器進行空氣耦合超聲波檢測;對于**個缺點,可以活用低頻超聲,以檢測出傳統超聲波法不能檢測或很難檢測的軟質材料以及高衰減材料的聲速及內部缺陷;對于第三個缺點,可以通過使用2個探頭的V透射法的檢測模式,即將2個探頭設置在檢測材料的同側進行非接觸檢測,以代替傳統的反射回波法。本文首先簡要地介紹了空氣耦合超聲波檢測技術的基礎知識,其次介紹了利用2個探頭從檢測材料同側進行非接觸檢測的V透射法檢測模式,并對鋼筋混凝土、樹脂涂層材料、復合材料進行聲速測定和損傷成像,以驗證非接觸空氣耦合超聲波V透射法檢測模式的有效性和實用性。

       利用同側檢測法(V透射法)的非接觸空氣耦合超聲波檢測技術,對鋼筋與混凝土界面、模擬樹脂薄層損傷、沖擊損傷的CFRP復合材料厚度方向的損失分布進行了成像測試。證實了傳統的接觸法或水浸法不能測量的比楔塊樹脂中縱波聲速或水中聲速低的材料的表面波或導波波速,可以利用空氣耦合超聲波法進行測量。因此利用空氣耦合超聲波可廣泛進行各種樹脂板、積層板的損傷檢查及各種波速測量。空氣耦合超聲波法雖然與接觸式或水浸超聲波法相比操作復雜,但由于其非接觸無損無害且可以定量評價,正逐漸地應用于工業制品的無損檢查與評價。為了降低**率導入非接觸無損檢測與評價的產業正在漸漸增加,空氣耦合超聲波檢測法將可能成為某些材料檢測的有力武器。