實驗名稱：空氣耦合(he)超聲檢測系(xi)統

　　研究方(fang)向：超聲

　　測試設備(bei)：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(yan)過程(cheng)：

圖(tu)：空氣耦(ou)合(he)超(chao)聲檢測鋰電池系統

　　鋰電池空氣耦合(he)超聲檢測具體(ti)過程為：首先通過ATA-8202射頻功率放大器(qi)(qi)(qi)輸(shu)出所需的(de)(de)(de)激(ji)勵(li)信(xin)(xin)(xin)號，激(ji)勵(li)高靈(ling)敏度的(de)(de)(de)0.4K20N-TXR40空(kong)發(fa)(fa)射探頭，將電信(xin)(xin)(xin)號轉(zhuan)化(hua)(hua)為(wei)(wei)超聲(sheng)波信(xin)(xin)(xin)號并(bing)發(fa)(fa)射到(dao)空(kong)氣中(zhong)。超聲(sheng)波信(xin)(xin)(xin)號透過鋰電池(chi)后(hou)到(dao)達空(kong)氣中(zhong)，被0.4K20N-RXR40空(kong)耦(ou)接收探頭接收并(bing)將聲(sheng)信(xin)(xin)(xin)號轉(zhuan)化(hua)(hua)為(wei)(wei)電信(xin)(xin)(xin)號，輸(shu)入(ru)到(dao)ATA-5620的(de)(de)(de)前置放大器(qi)(qi)(qi)，前置放大器(qi)(qi)(qi)對信(xin)(xin)(xin)號進行濾(lv)波、放大后(hou)，由JPR-10CN超聲(sheng)波接收器(qi)(qi)(qi)接收，再將電信(xin)(xin)(xin)號轉(zhuan)化(hua)(hua)為(wei)(wei)數(shu)字信(xin)(xin)(xin)號并(bing)傳(chuan)送到(dao)NI5114數(shu)據采集(ji)卡，輸(shu)入(ru)到(dao)計算機。計算機通過電機運動控制器(qi)(qi)(qi)、掃描(miao)架來實(shi)現特(te)定參(can)數(shu)的(de)(de)(de)掃描(miao)任務，最后(hou)顯示相關(guan)的(de)(de)(de)波形(xing)信(xin)(xin)(xin)號、掃描(miao)圖像，實(shi)現對鋰電池(chi)的(de)(de)(de)檢(jian)測(ce)。搭建的(de)(de)(de)實(shi)驗系統硬件設備(bei)其中(zhong)1為(wei)(wei)高功率信(xin)(xin)(xin)號發(fa)(fa)生器(qi)(qi)(qi)，2為(wei)(wei)前置放大器(qi)(qi)(qi)，3為(wei)(wei)專用的(de)(de)(de)空(kong)氣探頭，4為(wei)(wei)運動控制架、5為(wei)(wei)電機控制器(qi)(qi)(qi)。

　　實(shi)驗利用設計的空(kong)氣耦合超聲檢測(ce)系(xi)統，在(zai)常溫(wen)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(kong)氣(qi)耦合(he)超聲(sheng)波垂直穿透鋰(li)電池(chi)

　　設(she)置好空耦探頭位置和鋰電池(chi)的(de)位置，然后(hou)在檢測軟(ruan)件上設(she)置具體的(de)實驗參數，根據(ju)不同電池(chi)規格設(she)置相應(ying)的(de)采樣頻率、采樣長度、增益(yi)以及各(ge)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(he)超(chao)聲波(bo)探(tan)頭(tou)發射(she)的(de)(de)超(chao)聲波(bo)在鋰電池內(nei)部(bu)的(de)(de)傳播過程中，當(dang)遇(yu)到(dao)無空氣層的(de)(de)部(bu)位時，聲波(bo)透過鋰電池，被空氣耦合(he)接收(shou)探(tan)頭(tou)接收(shou)，當(dang)遇(yu)到(dao)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(de)到(dao)的有無氣泡《空氣層)的鋰電池超聲波波形。

圖：鋰電(dian)池有無氣泡缺陷超(chao)聲波(bo)(bo)波(bo)(bo)形圖

　　實驗結果：

　　根據得到的不(bu)同波形最大幅值平均(jun)值，繪制出鈕電池空(kong)耦超(chao)聲透射波信號(hao)最大幅值隨(sui)氣泡缺陷直徑變化規律(lv)圖，即(ji)下圖所(suo)示。

圖：超聲透射波信號(hao)最大(da)幅值隨氣泡缺陷直徑(jing)變化規律(lv)

　　利用空氣耦合(he)超聲(sheng)波技術(shu)檢(jian)測鋰電池氣泡缺(que)陷，當聲(sheng)波垂(chui)直透(tou)射(she)過鋰電池中氣泡缺(que)陷深(shen)度一定時，隨著氣泡缺(que)陷直徑(jing)(jing)的(de)(de)不斷增大(da)，透(tou)射(she)波信號的(de)(de)最大(da)幅值(zhi)整體呈現衰減(jian)的(de)(de)趨勢，并不是直線(xian)衰減(jian)，而(er)是先平(ping)緩(huan)衰減(jian)，再劇烈衰減(jian)，到達一定值(zhi)時再次平(ping)緩(huan)衰減(jian)。在數(shu)據中體現的(de)(de)是當缺(que)陷直徑(jing)(jing)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：

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