如何实现非接触超声检测?

虹科光学麦克风与激光声学技术

目录

光学麦克风技术原理

为了检测声波,传统的传声器使用膜或其他运动部件作为入射声和产生的电量之间的中介。对于基于压电晶体的声学超声传感器,方法类似:声波使晶体机械变形。传统有膜声学传感器依靠的是声学量转化为机械量再转化为电信号的能量-信号传输转化方式。尽管这种技术具备高信噪比的技术特点,但它的核心采集部件可视为基本的弹簧质点系统,在实际的测试过程中容易受到振动、风、电磁干扰的影响出现测量偏差。

相比之下,虹科光学麦克风背后的专利理念是利用声音的另一个完全不同的特性:声音改变光速的事实!在由两个微型反射镜组成的刚性法布里-佩罗激光干涉仪中,声压会改变空气的折射率,这会改变光波长和光传输,从而导致相应的电信号。

与传统麦克风相比,光学麦克风是世界上第一个没有任何移动部件的麦克风,不涉及机械可移动或物理上可变形的部件。因此,传感器表现出引人注目的频率带宽,不受机械共振的影响。传感器原理非常灵敏,使用该技术可以检测到低于10-14的折射率变化。这相当于小至 1 μPa 的压力变化

光学麦克风技术优势

虹科受专利保护的传感器技术平台具有显著优势:

  • 极端超声频率范围从空气中的 10 Hz 到 2 MHz,液体中的 20 MHz
  • 声学和超声检测比现有技术高 10 倍
  • 具有完美线性频率响应的传感器原理。虽然外壳需要精心设计,以尽量减少其对声场的影响,但换能器本身并不依赖于频率
  • 空气和液体中的声音检测
  • 超高声压级认证(高达 190 dB SPL
  • 由于不涉及移动的惰性质量,光学麦克风具有真正的时间脉冲响应
  • 阵列配置中的固有相位匹配
  • 没有金属部件和玻璃纤维耦合,因此可以在高电磁场中工作

激光声学无损检测技术

激光声学无损检测的实现基于激光声学原理,激光激发样品产生超声,

通过光学麦克风测量传输的超声信号并进行扫描成像,从而反馈出材料内部的缺陷信息。

激光激发产生超声信号

激光超声激发机理是指利用激光器激发出脉冲激光束辐照在被测材料表面,激光的部分能量被材料内的粒子吸收,引起辐照处以及周围的温度瞬间升高,从而在辐照处内部产生应力场,会引起应力场内部的介质粒子发生热运动,进而产生超声波.

激发原理分为热弹机制和烧蚀机制。

光学麦克风探测超声信号

光学麦克风放置在激光同侧或者对侧,以非接触的方式进行超声信号的检测。

结合扫描平台与数据处理系统,对样品的扫描区域进行成像,从而获取到样品内部的缺陷信息。

应用优势

  • 非接触式超声检测——采用激光超声技术,不需要接触表面以及耦合剂,不会对样品表面造成损伤;超声能在金属材料内部进行传播,反馈出材料内部缺陷
  • 易于自动化——探头包含激光和光学麦克风,小巧紧凑,可适配机械臂集成方案
  • 高容错性——对定位误差的容错性高,可以工作在毫米级错位公差范围内;对不均匀表面具有很好的鲁棒性
  • 快速高精度——测量精度可达百微米;测量时间很短,适配工业产线测量需求
  • 高收益——与人工检测的方法相比,检测成本减少10倍

应用案例

超声测量、过程监控与无损检测

过程监控

激光过程监控——机载超声波发射可用于实时监测工业激光材料工艺的质量,例如激光焊接、结构化或切割以及增材制造,例如粉末床融合和直接能量沉积。

裂纹检测——超声波频率超过人类可听见范围的100倍。在超声波状态下(无背景噪声),脆性材料(如陶瓷或高强度合金)的裂纹信号可以很容易地被光学麦克风拾取,以触发到生产线的警告信号。

基于AI的机器诊断——由于光学麦克风具有巨大的频率带宽,因此每个记录都包含大量可用于特征提取的数据。我们利用分类和回归、SVM 算法、k 均值聚类和其他方法,在声学过程信号和最终产品质量之间实现前所未有的相关性。

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声场测量

超声场表征——小尺寸和线性频率响应使光学传声器成为精确测量空气耦合超声波压电等超声波发射器的时间信号、频率分布和声场图的完美工具。

高电磁场——测量传感器头中的全光组件以及光纤布线对强电磁场不敏感。因此,声音可以在由于强电磁场或放射性场而无法达到的经典麦克风的应用中录制。

超高声压级 ——Eta100 Ultra 设计用于测量极高的声压级(高达 180dB SPL)。我们所有的麦克风都不会受到过高的声压级的损坏。

无损检测应用

航空航天复合材料缺陷检测

虹科独特的激光激发声学(LEA)技术能够以高分辨率对复合材料部件或粘合剂层进行非接触式超声检测,能够可靠地检测内部缺陷或分层。

  • 无需水,无需偶联凝胶
  • 内部缺陷和分层的亚毫米分辨率
  • 高达 2000 mm/s 的高速检测
  • 防止支架和角度不对准
  • 可实现单侧和直通式布置
  • 与整体部件和蜂窝夹层结构兼容
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汽车点焊检测

虹科的点焊检测方法与其他测试方法完全不同,因为它无需与车身物理接触即可工作。这允许机器人控制对汽车行业的点焊缝进行检测,并可靠地区分OK焊缝和NOK焊缝。

  • 无需偶联液
  • 检测成本降低 10 倍
  • 检测时间:每次点焊5秒
  • 吞吐量:每天 8000 次点焊
  • 测量精度:优于 300 μm
  • 不对准公差: 5 mm
  • 对表面不均匀性具有鲁棒性

半导体缺陷在线离线检测

虹科独特的基于激光的技术可以在没有任何偶联液的情况下对半导体元件进行超声检测。传感器技术可以轻松集成到大批量生产线中,也可以作为独立的桌面工具使用。虹科的检测工具节省了离线分析的成本,并确保100%的组件检测,例如汽车行业的封装设备。

  • 紧凑且高度通用的桌面工具或全自动在线检测工具
  • 为您的客户提供 100% 记录的安全性
  • 独特的非接触式传感器技术,无需液体偶联介质
  • 不干扰其他生产步骤
  • 高速成像模式,每秒高达 10 个成像点
  • 单次检测模式,每秒可处理多达 1000 个样品
  • 结合缺陷组件的离线非接触式成像,可进行进一步分析
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电池质量检测

虹科LEA电池超声无损检测利用非接触式超声波检测电池单元的质量问题。此过程可识别可能对电池性能和使用寿命产生重大影响的属性。鉴于电池在电动汽车、可再生能源系统和电子设备等应用中的广泛使用,通过识别和解决可能出现的任何潜在问题来确保其安全性、可靠性和性能至关重要。

  • 看看你的电池内部!
  • 无接触或偶联液的电池无损检测
  • 全自动高速电池单元检测
  • 以 0.2 mm 分辨率检查电池单元的电解液均匀分布状态
  • 确保软包电池的完美密封
  • 检测模块外壳壁后导热膏中的空隙区域
  • 实时监控超声波箔片到片焊缝

更多定制化方案待您探索……