应用案例

【概述】

本研究中使用前置放大器，搭建超声换能器校准系统和超声换能器水下声场测量系统。为提升超声无损检测中缺陷检测结果的准确性，本研究针对超声换能器测量特性参数校准、水下声场特性分析及钢板内部缺陷检测展开工作。通过信号处理算法、声场测量系统及去噪方法，实现了换能器特性参数的高精度估计、声场的可视化与重构，以及钢板内部缺陷的精准定位，为超声检测技术的工程化应用提供了理论基础。

实验名称：超声换能器校准及钢板内部缺陷检测实验

实验目的：本研究旨在通过基于标准试块的脉冲反射法校准实验和水听器法水下声场测量实验，校准超声换能器的中心频率、带宽、回波到达时间等测量特性参数，以及焦距、波束宽度等声场特性参数，并利用B-样条插值实现水下三维声场重构；最终将校准后的换能器用于钢板检测，通过提出的去噪方法实现内部缺陷的准确识别与定位。

测试设备：超声换能器、脉冲收发仪、示波器、水听器、ATA-5620前置微小信号放大器、上位机、水槽、空间机械定位系统、伺服驱动电机控制系统、信号处理软件（MATLAB）以及标准试块和含内部缺陷的钢板试件。

实验过程：首先搭建基于标准试块的超声换能器校准系统，采集校准信号，通过经验模态分解（EMD）和样本熵进行预处理，再结合同步提取变换、高斯曲线拟合和人工蜂群优化算法估计测量特性参数。随后，搭建超声换能器水下声场测量系统，通过水听器扫描获取轴向和径向声场数据，利用MATLAB进行声场可视化，并基于三次样条插值和RANSAC算法校准波束宽度等参数，最后采用B-样条插值算法实现了水下三维声场的重构。在钢板缺陷检测应用中，利用所述换能器采集缺陷信号，并采用基于动态局部熵的多区间去噪方法进行处理，最终通过计算回波到达时间实现缺陷定位。

图1超声换能器校准系统

图2超声换能器水下声场测量示意图

实验结果：所提出的数据-模型联合驱动测量特性参数估计方法，在仿真实验中校准误差小于4%，在低信噪比条件下仍具强鲁棒性；基于水听器的声场测量与插值方法，实现了波束宽度等参数的高精度校准（如-6dB波束宽度误差为0.47%）及水下三维声场的有效重构；基于动态局部熵的钢板缺陷检测信号去噪方法，显著提升了信号质量，并成功应用于钢板内部缺陷的精准定位。

图3不同信噪比条件的仿真校准信号

图4不同信噪比检测信号回波到达时间估计结果

图5钢板缺陷超声检测信号重构

安泰放大器在此应用中的产品优势：

一、超宽频带——精准覆盖超声换能器及水听器的全频段响应需求

二、高增益与极低噪声设计——在嘈杂环境下有效提取微弱超声信号

三、标准化接口——保障水听器至采集系统的信号完整性

【推荐产品】：ATA-5000系列前置微小信号放大器

图：ATA-5000系列前置微小信号放大器指标参数

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