AG-200A 手持式高精(jing)度(du)超(chao)聲波測厚(hou)儀工作原(yuan)理

更新時間(jian)：2025-12-18

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AG-200A 手持式高精(jing)度(du)超(chao)聲波測厚(hou)儀的(de)工作核(he)心遵循(xun)超聲波脈沖反射原理，這壹原(yuan)理與光波傳播(bo)測(ce)量(liang)的(de)邏輯具有(you)相(xiang)似性，即(ji)通(tong)過檢測波的(de)傳播(bo)時間(jian)與(yu)傳(chuan)播(bo)速度(du)來(lai)推導測量(liang)對象的(de)相關參數。

儀器的(de)探頭(tou)發(fa)射端會(hui)發(fa)出(chu)特(te)定頻率的(de)超聲波脈沖，該脈(mai)沖以恒(heng)定速度(du)在(zai)被測(ce)材(cai)料內(nei)部(bu)傳(chuan)播(bo)。當(dang)超(chao)聲波脈沖到達(da)材(cai)料的(de)下表面(mian)（或不(bu)同介(jie)質的(de)分界(jie)面(mian)）時，會(hui)發(fa)生(sheng)反射現象，形成(cheng)反射回波並沿原(yuan)傳(chuan)播路(lu)徑返(fan)回至探(tan)頭(tou)的(de)接收(shou)端(duan)。儀器內(nei)部(bu)的(de)信號(hao)處(chu)理系統會捕(bu)捉(zhuo)超(chao)聲波從(cong)發(fa)射到接收(shou)的(de)完(wan)整時間(jian)差，再結合(he)超(chao)聲波在該材(cai)料中(zhong)已知(zhi)的(de)傳播(bo)速度(du)，通(tong)過核(he)心公式 “厚度(du) =（超(chao)聲波傳播(bo)速度(du) × 傳(chuan)播時間(jian)差）/2" 完(wan)成(cheng)厚度(du)計算(suan)。這壹公式的(de)推導基於(yu)超聲波往(wang)返(fan)傳播(bo)的(de)特性，傳(chuan)播(bo)時間(jian)差對(dui)應超(chao)聲波從(cong)探頭(tou)到(dao)材(cai)料界(jie)面(mian)再返(fan)回探頭(tou)的(de)總時長(chang)，因(yin)此需除以(yi) 2 以獲(huo)取材(cai)料的(de)實際(ji)厚度(du)。

值得(de)註意的(de)是，該原(yuan)理的(de)應用(yong)需滿(man)足前提條(tiao)件：被測材(cai)料需為(wei)超聲波的(de)良導體，能(neng)夠(gou)使(shi)超聲波以穩(wen)定的(de)速度(du)在(zai)其(qi)內(nei)部(bu)傳(chuan)播(bo)，且(qie)材(cai)料背面(mian)需能(neng)提供(gong)反射界(jie)面(mian)，確保反射回波可被(bei)探(tan)頭準確接收(shou)。AG-200A 可(ke)適配金屬(shu)、塑料、陶瓷、玻璃、纖(xian)維等(deng)多(duo)種(zhong)符(fu)合(he)上(shang)述條(tiao)件的(de)材(cai)料，適用(yong)範圍廣(guang)泛(fan)。

關鍵技術支撐(cheng)：保障(zhang)測(ce)量(liang)核(he)心機制

多模(mo)式測量(liang)適配不(bu)同場景(jing)

為應(ying)對(dui)復(fu)雜(za)的(de)測量(liang)需求(qiu)，AG-200A 設(she)置了(le)多(duo)種測(ce)量(liang)模(mo)式，每(mei)種模(mo)式均基於(yu)脈沖反射原理優化(hua)設計(ji)：

MB-E 模(mo)式（發(fa)射脈沖始波至壹(yi)次(ci)回波）：適用(yong)於常(chang)規材(cai)料的(de)厚度(du)測量(liang)，直接捕捉(zhuo)始波與壹(yi)次(ci)反射回波的(de)時間(jian)差，操(cao)作簡便；
I-E 模(mo)式（界(jie)面(mian)波至壹(yi)次(ci)回波）：針對(dui)表面(mian)存在(zai)輕微介(jie)質層(ceng)的(de)材(cai)料，通(tong)過識(shi)別界(jie)面(mian)波與反射回波的(de)信號(hao)，減少表面(mian)幹擾；
E-E 模(mo)式（穿(chuan)透塗(tu)層(ceng)測(ce)量(liang)）：可穿(chuan)透材(cai)料表面(mian)的(de)漆層(ceng)、塗(tu)層(ceng)等(deng)非導電介(jie)質，直接測量(liang)基材(cai)厚度，無需表面(mian)塗(tu)層(ceng)，避(bi)免(mian)對(dui)被(bei)測物(wu)體造(zao)成(cheng)損傷(shang)；
ME-E 模(mo)式（多重(zhong)回波測量(liang)）：通(tong)過捕(bu)捉(zhuo)多(duo)次(ci)反射回波的(de)信號(hao)，提升(sheng)對(dui)聲波衰減性較強(qiang)材(cai)料的(de)測量(liang)穩定性；
THIN 模(mo)式（薄壁(bi)測量(liang)）：針對厚(hou)度(du)較薄的(de)材(cai)料（可測 0.14mm，鋼(gang)材(cai)質），優化(hua)信號(hao)檢測算法，區分始波與反射回波，避(bi)免(mian)信(xin)號(hao)重疊(die)導致(zhi)的(de)測量(liang)誤差。

聲速校(xiao)準與適配機制

超聲波在不(bu)同材(cai)料中(zhong)的(de)傳播(bo)速度(du)存(cun)在差異(yi)（如鋁(lv)的(de)聲速為(wei) 6340-6400m/s，鋼(gang)的(de)聲速為(wei) 5920m/s，塑料類(lei)材(cai)料聲速多(duo)在(zai) 2000-3000m/s 區間），聲速的(de)準確性直接影響(xiang)厚度計(ji)算(suan)結果(guo)。AG-200A 提供(gong)了(le)完(wan)善(shan)的(de)校準機制，支(zhi)持壹(yi)點(dian)校(xiao)準、多點(dian)校(xiao)準和手(shou)動(dong)校準模(mo)式，可同時校(xiao)準聲速和探(tan)頭(tou)零(ling)位，還(hai)支持 V 聲程校準。

用(yong)戶可通(tong)過標準校準試塊(kuai)（標配 4mm 鋼(gang)試塊(kuai)）進行校準操(cao)作，儀器會(hui)根據試塊(kuai)的(de)標準厚度與(yu)實(shi)測時間(jian)差，自動(dong)修正(zheng)聲速參數，確保在(zai)不(bu)同材(cai)料測量(liang)時的(de)準確性。此外(wai)，儀器內(nei)置多(duo)種(zhong)常(chang)見材(cai)料的(de)聲速數(shu)據，用(yong)戶可直接調用(yong)，也可(ke)手(shou)動(dong)輸入(ru)材(cai)料的(de)聲速值(zhi)，進(jin)壹步(bu)拓(tuo)寬了(le)應(ying)用(yong)場景(jing)。

信號(hao)處(chu)理與增益調節(jie)

為確(que)保微(wei)弱(ruo)反射回波信號(hao)的(de)捕捉(zhuo)，AG-200A 配備(bei)了自動(dong)增益與手(shou)動(dong)增益功能(neng)，增(zeng)益範圍達 0-80dB。自動(dong)增益模(mo)式下，儀器可(ke)根據被測材(cai)料的(de)聲波衰減情況，自動(dong)調節(jie)信號(hao)放大倍數(shu)，適(shi)應不(bu)同厚度(du)、不(bu)同聲波傳導特性的(de)材(cai)料；手動(dong)增益模(mo)式則允許(xu)用(yong)戶根據實際測(ce)量(liang)環境手(shou)動(dong)調整，提升(sheng)信(xin)號(hao)清晰度。

同時，儀器采(cai)用(yong)射頻（RF）、正(zheng)半波（POS）、負半波（NEG）、全波（FULL）四種(zhong)檢波方式，可根(gen)據信號(hao)類(lei)型優(you)化(hua)處(chu)理，過濾(lv)幹擾信(xin)號(hao)，提升(sheng)測(ce)量(liang)數據的(de)穩定性。

探頭(tou)適(shi)配與脈(mai)沖匹配

探頭(tou)作為(wei)超聲波發(fa)射與接收(shou)的(de)核(he)心部(bu)件，其(qi)性能(neng)直接影響(xiang)測量(liang)效果(guo)。AG-200A 支持單(dan)晶、雙晶兩(liang)類(lei)探頭(tou)，適配多種(zhong)規格型(xing)號(hao)（如 TS 系(xi)列雙晶探(tan)頭(tou)、DTM 系(xi)列單(dan)晶探(tan)頭(tou)等(deng)），支(zhi)持 20MHz 高(gao)頻探(tan)頭，可(ke)根據測量(liang)材(cai)料的(de)厚度(du)、材(cai)質選擇(ze)合(he)適(shi)的(de)探頭(tou)。

儀器內(nei)部(bu)的(de)脈沖發(fa)生(sheng)器采(cai)用(yong)負方波發(fa)射設計(ji)，脈(mai)沖寬度(du)和電壓可(ke)自動(dong)與探頭進行匹配，確保探(tan)頭(tou)能穩定發(fa)射超聲波脈沖，同時提升(sheng)信(xin)號(hao)的(de)壹致(zhi)性與(yu)可(ke)靠性，為(wei)測(ce)量(liang)奠(dian)定基礎。

多層(ceng)材(cai)料厚度測量(liang)

針對(dui)表面(mian)帶有(you)多(duo)層塗(tu)層(ceng)或復(fu)合(he)材(cai)料的(de)測量(liang)場景(jing)，AG-200A 可(ke)實(shi)現多層(ceng)材(cai)料各(ge)層(ceng)厚(hou)度的(de)分別測(ce)量(liang)。其(qi)原理是利用(yong)超聲波在不(bu)同介(jie)質分(fen)界(jie)面(mian)會發(fa)生(sheng)反射的(de)特性，當(dang)超(chao)聲波穿(chuan)越(yue)多層(ceng)材(cai)料時，在(zai)每(mei)壹層的(de)上下(xia)界(jie)面(mian)都會(hui)形成(cheng)反射回波。儀器通(tong)過識(shi)別不(bu)同層級(ji)回波的(de)時間(jian)差，結(jie)合(he)各(ge)層(ceng)材(cai)料的(de)聲速參數，分別計(ji)算出每(mei)層材(cai)料的(de)厚度(du)，並支(zhi)持在(zai)同壹回波下切(qie)換(huan)顯示(shi)各(ge)層(ceng)厚(hou)度值，可測(ce)量(liang) 10 個(ge)以上(shang)層(ceng)級(ji)的(de)厚度(du)。

溫(wen)度(du)補(bu)償(chang)與(yu)腐蝕(shi)、沈積物(wu)測量(liang)

在實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)，溫(wen)度(du)變化(hua)可能(neng)會(hui)影(ying)響(xiang)超聲波在材(cai)料中(zhong)的(de)傳播(bo)速度(du)，進(jin)而(er)導致(zhi)測量(liang)誤差。AG-200A 的(de)溫(wen)度(du)補(bu)償(chang)功能(neng)通(tong)過感(gan)知(zhi)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)與材(cai)料溫(wen)度(du)，結合(he)預(yu)設(she)的(de)溫(wen)度(du) - 聲速關聯(lian)數據，自動(dong)修正(zheng)聲速參數，抵消溫(wen)度(du)對測量(liang)結果(guo)的(de)影響(xiang)。

對於(yu)內(nei)部(bu)存(cun)在(zai)腐蝕(shi)的(de)金屬(shu)材(cai)料或管(guan)道(dao)內(nei)壁(bi)有(you)氧(yang)化(hua)層、沈積物(wu)的(de)情況，儀器可(ke)通(tong)過 B 掃(sao)描(miao)模(mo)式直觀呈現材(cai)料內(nei)部(bu)結(jie)構(gou)。B 掃(sao)描(miao)模(mo)式基於(yu)連續(xu)的(de)超聲波脈沖反射信號(hao)，將不(bu)同位置的(de)厚度(du)數據以圖(tu)像形式展示(shi)，能(neng)夠(gou)清晰反映內(nei)部(bu)腐蝕(shi)區域(yu)、氧(yang)化(hua)層或沈積物(wu)的(de)分布(bu)與厚(hou)度情況，其(qi)原理仍(reng)是通(tong)過捕(bu)捉(zhuo)不(bu)同界(jie)面(mian)的(de)反射回波，結合(he)位置定位實現可視(shi)化(hua)呈現。