近些年来，超声波传感技能展开迅速，在医疗健康范畴（健康监测、疾病诊断）、工业范畴（设备无损探伤、厚度丈量、超声成像等）、交通运送范畴（无人机、船只等定位、追寻、导航和监控等）和军事运用范畴（生化战剂的丈量、航空检测等）得到遍及运用。
超声无损检/监测技能因为具有速度快、功率高、检测本钱低一级优势，且可以在极点条件下（高温高压、低温低压）完结无源感知、无线传达获取物理量，在军事运用范畴显示出巨大潜力。
本文在整理超声无损检/监测技能的基础上，要点介绍几个发达国家在无损检/监测技能的布局及研讨进展，结合军事运用远景，对无损检/监测技能的展开趋势进行讨论与展望。
20世纪70年代今后，电磁超声检测实验成功。1975年，美国康奈尔大学MAXFIELD和HULBER研讨了运用于金属缺点检测的电磁超声换能器（EMAT）。
20世纪90年代，电磁超声进入实践商业运用。1989年，Innerspec公司发明晰第一台电磁超声检测设备，并于1994年成为第一个电磁超声设备产业化厂家。1995年，美国约翰霍普金斯大学OURSLER和WAGNER选用剪切波，研制了窄带脉冲激光复合EMAT，运用于高温条件下的超声检测。
2004年，日本福冈工业大学MURAYAMA等报导了可替换发射和接纳高灵敏度的兰姆波和SH波、且不受焊接部分影响的EMAT，可对储罐和管道进行检测。2010年，日本东北大学URAYAMA等报导了下降噪声和改善信号处理的EMAT/EC（涡流）双探针，可以在高温环境下完结对管壁变薄的监测。2016年，英国华威大学THRING等运用聚集EMAT，运用新的前进分辩率的办法，发生了2 MHz的瑞利波，可检测毫米级深度的缺点。
2 超声无损检/监测技能展开意向传统无损检测技能因为设备粗笨、检测速度慢、可检测规划小及自动化程度低，在检测大规划设备中的潜在损害中（尤其在杂乱环境下）可行性差且花费巨大。因此，大规划设备生命周期内多缺点的智能化检测问题对无损检测技能提出了新应战，一方面推进无损检测技能向高速、多物理场及多技能交融等方向展开；另一方面，也促进了无损检测技能与结构健康监测技能的彼此交融。
此外，声外表波器材可大批量、低本钱制作，可进行RFID（射频辨认）编码，而且体积和分量都很小，可广泛运用于航空航天工业范畴高温高压高辐射等环境。
2020年，NASA赞助美国佩加森公司研讨开发了首个运用于无损检测和结构健康监测的大型声外表波无线多传感器阵列体系。该作业还对无线声外表波温度传感器体系的根本元素进行剖析与研讨，包含测验结构和传感器阵列、构建用于声外表波器材施行的新RFID编码理论、完结声外表波器材模仿和新施行事例，以及后处理技能的体系装备剖析。
在美国国家航空航天局的一系列方案中（包含小型航天器方案），充气式飞翔器和降落伞是太空交通东西安全与经济运转所必需的两种体系，这些杂乱的体系结构给规划、剖析和测验新体系带来了应战。新的无源无线传感器（无需替换电池）可精确丈量降落伞和充气结构的应变，然后使工程师们可以更好地了解这些杂乱体系的行为，开宣布能满意使命需求的更精确的模仿东西和规划结构。该传感器不光具有满意的安全裕度，而且不会发生不必要的额定分量和本钱。可独自辨认的无线传感器被布置在柔性结构的多个方位上，并由集中式读取器读取，然后保证在体系布置期间动态丈量应变。
2020年，NASA赞助充气式航天器和降落伞用无源无线应变传感器研讨，该研讨中SENSANNA公司开发了新式无源无线声外表波应变传感器对降落伞和充气结构进行实时应变丈量。这些设备可以由约几十个到一百个可独自辨认的设备组成，协同作业，并由数据聚合器一起读取数据，可以保证不会呈现传感器间的搅扰。依据传输功率约束和环境的不同，可以在几十米或更大规划内无线读取传感器标签。
为了满意水兵勘探推进剂的颗粒裂纹，并经过密封火箭发动机壳体进行无线年美国国防部赞助美国智能感知体系公司开发一种新的推进剂健康（PHEM）监测体系。该体系将超声换能器作为信号发生器与传感器进行立异集成，选用超低功耗元件和电子规划。这种超声波推进剂监测传感器与数据传输链路的共同集成，使PHEM可检测推进剂的颗粒裂纹，并经过密封火箭发动机外壳的金属壁完结传感器数据传输，其间，压电传感器和致动器、低功耗电子器材和超级电容器具有超越10年的运用寿命。因此，PHEM体系可以为军用飞机上的推进剂驱动设备供给长时刻牢靠的监控。该项意图第一阶段经过规划和制作实验室规划的原型，展现PHEM体系的可行性，并展现其勘探密封金属壳内推进剂颗粒裂纹和传输数据的才能；项意图第二阶段，经过改善和优化PHEM体系，开发全功用的原型，并证明其契合水兵要求。
SAW传感器体系可丈量温度、应变、氢气以及磁场的改变，小尺度的长处使其可刺进各种运用体系。
2019~2021年，NASA继续赞助美国佩加森公司研讨一套彻底可操作的4.3 GHz无源传感器体系，该体系满意航天航空无线电子内部通讯要求，研讨人员要点开发以下要害技能组件：声外表波无源温度和应变传感器材、新的传感器天线和芯片级传感器天线集成、供给自适应射场收发器的软件界说无线电（SDR）、SDR操控软件和提取要害传感器信息的后处理软件。开始的研讨结果表明，一切要害技能组件都可在4.3 GHz和200 MHz带宽下构建和施行，这将是SAW传感器及其无线无源体系技能的腾跃。
几十年来，为了减轻分量和下降船只重心，5xxx系列铝合金一向用作海洋船只的资料。铝合金的敏化进程会形成晶间腐蚀损害和应力腐蚀裂缝。美国水兵期望可以开发一种快速获取资料状况及其敏感性的办法。
2018年，美国水兵赞助美国技能数据剖析公司（TDA）开发一种紧凑的传感器套件和监控体系，以检测5xxx系列铝合金的敏化程度，然后处理批次间的差异问题。TDA公司运用监测体系猜测铝合金在敏化进程中简单呈现的晶间腐蚀损害和应力腐蚀裂缝，削减相同资料之间的脆弱性差异，满意美国水兵对实时快速获取资料的状况及其敏感性的需求。在这项研讨中，TDA公司选用一种原始办法，运用两种非损坏性技能（依据涡流的电导率和超声衰减）别离出两个独立的成分，即高视点晶界的微观结构及鸿沟上物质的敏化状况。依据这些参数，运用近期树立的模型来核算引起批次间差异的敏化度。
一般运用手持式超声波仪器对钢制容器、储罐、墙面和管道进行腐蚀无损监测（包含钢壁的厚度丈量），但这种办法既费时又吃力，急需一种适用于密封通道的快速检测技能。
2018年美国空军赞助世界电子机械公司研制密闭通道区域的腐蚀无损评价技能。世界电子机械公司提出了一种快速腐蚀检测器（RCI），该检测器运用电磁超声传感器，内置机器视觉摄像体系，可自动分类腐蚀类型，制作腐蚀方位和壁厚图，一起不需求运用耦合剂，也可快速掩盖大面积壁面，并答运用户单手高速扫描壁面。
用于乏燃料存储的焊接不锈钢干式储罐呈现应力腐蚀裂纹时，极易形成严峻的环境损害。
2019年，美国能源部赞助INNESPEC技能公司开发用于资料结构健康实时监测的EMAT接连监测体系。该研讨规划了首个冷喷雾EMAT磁致弹性传感器原型，用于现场监测干储罐的腐蚀和裂纹扩展，一起将损坏和人为干涉降至最低。该项目第一阶段评价具有不同粉末压力推进剂装备的便携式低压冷喷涂仪器的功用，以及运用手动喷枪在平整、圆形或具有杂乱几许形状的部件上发生均匀贴片的可行性，并测验在所述状况下运用EMAT发生超声波的作用，终究承认手动磁致弹性贴片是否合适运用于干储罐监测。冷喷涂还答应人们运用导波来检测之前技能无法检测的区域。该项意图效果将大大促进核安全，避免和削减放射性走漏及其对环境和人类健康的损害。
2021年，欧盟INFRASTAR方案赞助波兰NeoStrain Spzoo公司和德国联邦资料研讨所，提出一种运用新式嵌入式超声波传感器进行多结构损害检测的自动技能。
飞翔器在飞翔进程中往往面临着极点环境条件（高温、高旋、高压等），在恶劣环境下原位实时获取体系及环境参数，对飞翔器的规划与防护具有重要意义。
2020年美国国防部赞助Physical Sciences公司研讨了一种超声波传感器，研讨运用超声脉冲回波技能的非侵入性和长途问询才能，丈量高明音速飞翔器外壳板温度。开发的要点在于陶瓷/碳纤维基壳体等最具应战性的外表资料方面，该办法可扩展到其他一切类型的资料，包含金属和烧蚀资料。该项目所开发的传感器可以处理来自不同深度多个界面的信号。项目第一阶段将演示高明声速、超音速冲压发动机运用相关资料及温度的原理证明，第二阶段将致力于实践高明声速实验台和飞翔渠道的体系加固和自动化。
美国空军和航空航天工业迫切需求可以在涡轮发动机环境中供给实时监控的恶劣环境传感器。2015年美国空军赞助美国环境技能公司（Environetix）研制可供给实时监测且牢靠的恶劣环境传感器。该项目第一阶段验证了在1000 ℃高温环境中无线声外表波硅酸镧镓（LGS）温度传感器原型的稳定性，第二阶段对无线LGS声外表波传感器技能进行了成熟度TRL 4承认，并在涡轮发动机测验单元中进行了TRL 6验证。在该项目规划的恶劣环境下，无线 ℃以上对涡轮发动机进行监测，可对航空航天工业发生严重影响，其优势有：
① 牢靠运转数千小时乃至更长时刻，而且可在测验单元的热区轻松运转最少4000小时；
② 经过在其他传感器技能无法作业的方位无线监测发动机状况来验证发动机的建模和运转状况；
③ 小尺度和无线传感器操作，保证了密封、护罩和其他要害发动机方位的完整性；
④ 去除用以供给所需传感信息的电线，节省了很多人力本钱（传感器安装在涡轮机），减轻了分量，一起前进功用和牢靠性；
⑤ 经过更牢靠的温度监测，下降发动机运转（或飞翔）本钱的一起，前进燃油功率和添加功率。
除此之外，无线SAW传感器技能也有许多商业运用，如在发电、石油/天然气勘探、制作进程操控和其他高温恶劣环境中的运用。
辐射条件下的超声传感技能研制也遭到重视。在核工业中，受限的触摸和高厚度部件一般约束了无损检测技能的运用。商用超声检测传感器的辐射耐受性限制在1~2 mGy的累积剂量，难以满意运用需求。英国立异署布置了由英国立异技能和科学有限公司承当的“耐辐射超声波传感器”研讨。该公司首要致力于探究新式辐射弹性勘探器的构建和测验，为核工业供给一个牢靠的超声检测处理方案，以延伸检测和监测时刻。该研讨效果有两种运用场景：
在核工业中，超声波换能器在放射性环境下呼应削弱，难以正常作业。针对该状况，英国精细声学有限公司展开耐辐射超声传感器的开发，制作和测验新式抗辐射超声换能器以及各种探头的安装技能，为核工业供给一种牢靠的超声换能器处理方案。该项目开发了一系列原型超声探头，以满意特定的在役检测需求。
日本NEDO先导研讨项目——具有流量监控功用的实时超声波多相流量计研制（2019~2020年，北海道大学承当）共分为3个子课题，分别是：结合超声信号和多相流体动力学规律的数据同化流量计的研制；运用超声多普勒丈量多相流体的脉动特性；运用超声脉冲回波扫描丈量流体界面。
JSPS的世界联合研讨基金项目——联合开发在线年，北海道大学、瑞士联邦技能学院承当），要点展开3个主题研讨，主题1是流速散布丈量技能和流变操控方程的数据同化，主题2是经过超声波和光可视化调理空间散布的流变学，主题3是假定运用机器学习的流变大开发数据构建体系。2018年该项目现已开发了一种依据超声波多普勒流速散布仪获得的流速散布来丈量不透明流体压力散布的办法。2019年，项目开宣布一种经过水、油和气三相流中的超声波脉冲来丈量相散布和流量的技能。
日本防卫厅赞助了MUT（超声换能器）声学超资料的声阻抗研讨（2018年，日立制作所），该项目依据声阻抗匹配的物理模型，研制运用MEMS（微机电体系）技能完结自动操控声学特性的声学超资料。
含能资料方面获得的最新效果为开发了铅的代替品，代替中传统的苯甲酸铅和叠氮铅。但是，这些无铅高能资料或许对传统的弹药筒黄铜和其他弹药部件具有意想不到的腐蚀性。因此，在未来的布置中，从弹药生命周期（即从出产时刻到运用时刻）的视点，对弹药部件进行实地测验关于保证兵器体系的有效性至关重要。
2020年，美国陆军赞助林泰克公司与美国西南研讨院传感器体系和无损检测技能部协作研讨了一种依据涡流和超声波检测的手持式设备，用于对小型兵器弹药部件进行现场快速无损腐蚀检测。该研讨分为3个阶段，第一阶段是在实验室条件下承认对现代爆炸物和弹药外壳进行无损检测的有效性和办法；第二阶段依据第一阶段承认的办法，开发手持式测验单元原型，并依据恰当的军事规范、标准要求进行认证，并进行实地测验；第三阶段预期将用于现代爆炸物和弹药壳的无损检测，并推行到民用范畴。军事运用包含小型兵器部件（5.56，7.62 mm口径）、爆炸性弹药（M42、M55和M61启动器）、中等口径（20，25，30，40 mm）和潜在大口径（60，81，105，120 mm）弹药。
3 结语与展望超声无损检/监测技能在军事范畴运用远景宽广，在航天器、飞机、船只和运送管道等的无损检测、恶劣环境感知、数据交融支撑决议计划等范畴发挥重要作用。
超声传感技能可进行非损坏性的结构健康监测，可以快速精确检测裂纹、走漏、腐蚀等缺点，避免和削减放射性走漏，促进核安全。
超声传感不依赖于照明条件，可以反抗雾的搅扰，在高温高压等恶劣环境下进行实时快速感知，可运用于航空航天以及海上作业等范畴。
用于无损检测与结构健康监测相交融的无源无线声外表波传感技能成为新的展开方向。传统无损检测技能因为设备粗笨、检测速度慢、可检测规划小及自动化程度低一级问题，在检测大规划设备中的潜在损害，特别是在杂乱环境下的损害时，可行性差且花费巨大。大型设备生命周期内多缺点的智能化检测需求无损检测与结构健康监测相交融的无源无线声外表波传感技能。
极点条件下完结物理量的丈量仍是未来超声传感技能的展开要点。飞翔器在飞翔进程中往往伴随着高温、高旋、高压等恶劣环境，因此，恶劣环境下温度、压力等参数的原位实时获取，仍然是超声传感技能在无损检测范畴的展开要点。
超声传感器向着集成化、微型化、多功用化的方向展开。为满意各种机载、车载、航载的需求，传感器的运用需与机械或电子体系集成运用，推进声外表波传感器体系向着集成化、微型化、多功用化方向展开，因此各种新式资料以及先进制作技能的前进将给超声传感器的展开带来巨大推进力，超声传感器自身无源无线传输的特性，亦将在集成化微型化多功用化方面发挥重要作用。
作业单位：1.中国科学院 文献情报中心；2.中国科学院大学 经济与管理学院；3.军事科学院 战略评价咨询中心；4.中科院声学研讨所
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