一種超聲信號頻譜濾波技術無損測量塗層厚度的方法
2023-06-06 17:17:06 2
一種超聲信號頻譜濾波技術無損測量塗層厚度的方法
【專利摘要】一種超聲信號頻譜濾波技術無損測量塗層厚度的方法，屬於超聲無損檢測【技術領域】。該方法將超聲入射聲壓P入(x0)對反射聲壓P反(x1)做歸一化處理，得到塗層的歸一化聲壓反射係數R(x1-x0)，採用頻譜分析技術將R(x1-x0)展開為複數形式的傅立葉級數，並分離為獨立的實部函數Real(f)與虛部函數Imag(f)。對加窗處理得到的有效頻帶內實部函數Vreal(f)做傅立葉變換得到其功率譜M(τ)，依據功率譜各個極大值出現位置選擇FFT濾波帶寬，依次對Vreal(f)進行濾波得到一系列餘弦函數，讀取餘弦函數的周期並計算出超聲波在各塗層中的傳播聲時ti，進而結合塗層縱波聲速實現塗層厚度的表徵。該方法不受材料屬性、工藝環境的影響，克服了常規超聲法時域發生混疊、頻譜諧振頻率難以辨識的問題，解決了多層塗層超聲測厚的難題。
【專利說明】一種超聲信號頻譜濾波技術無損測量塗層厚度的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種超聲信號頻譜濾波技術無損測量塗層厚度的方法，其屬於超聲無損檢測的【技術領域】。
【背景技術】
[0002]先進塗層技術應用於國防軍工、機械製造、交通運輸、石油化工、冶金礦山、電力能源等國防及國民經濟多個領域。隨著人們對高速、高效、高質的不斷追求，對材料表面性能要求越來越高，對塗層材料和塗層製備工藝提出了更高的要求，由原來單層塗層技術向多層複合塗層和梯度功能複合塗層等新技術方面發展。多層塗層結構厚度的檢測是許多重要領域急需解決的問題，如飛機裝配件多層厚度、複合鍍層厚度以及複合吸波塗層厚度檢測等。為了獲得理想的多層塗層性能，在現場的塗裝施工和質量檢驗過程中，要求每層塗層有確切的厚度和成分組成。準確可靠的多層塗層厚度無損檢測方法是該領域的迫切工程需求。
[0003]目前多層塗層厚度的無損檢測方法主要包括渦流法、電容法、光譜法和超聲法等。其中渦流法是通過檢測探頭與基體之間由塗層厚度變化引起的提離效應進行測厚的，僅能適用於多層導電金屬材料的檢測；電容法是根據電磁理論建立相關的理論模型進行多層塗層測厚的，該方法受分布電容的影響，導致隨著塗層厚度的增加，系統誤差增大，實際多層塗層材料的電容特性受工藝參數及溫度、溼度等環境因素影響很大，較難與資料庫中標準試樣的電容值一致，導致存在測厚誤差；光譜法是利用滿足相干條件的兩束光，在空間某區域相遇併疊加時產生幹涉現象，利用幹涉條紋移動和被測物厚度變化之間存在的聯繫實現厚度測量，該方法僅適用於透明或半透明的多層薄膜與塗層的厚度測量；超聲法是採用各層結構內的傳播聲時與對應聲速進行厚度測量。超聲時域法僅適用於較厚的塗層厚度測量，對於較薄的塗層材料，時域發生混疊，多藉助超聲信號頻譜分析技術得到聲壓反射係數幅度譜/功率譜等來計算塗層的厚度，該方法需要在幅度譜中讀取兩個相鄰諧振頻率才能計算厚度值，多應用於單層塗層的測厚，對於多層塗層，幅度譜譜線不規則，難以辨識諧振頻率位置，不能準確測量塗層的厚度。
【發明內容】
[0004]該發明針對單層或者多層塗層結構厚度的超聲表徵難題，結合超聲波在多層介質中的傳播規律，採用頻譜分析技術與帶通濾波技術相結合得到了多層塗層回波信號的實部(虛部)的分解式。通過各個分解式的周期可以得到超聲波在各塗層中的傳播聲時，進而實現多層塗層厚度的表徵。該方法不受材料屬性、工藝環境的影響，克服了常規超聲法時域發生混疊、頻譜諧振頻率難以辨識的問題，解決了多層塗層超聲測厚的難題。
[0005]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:一種超聲信號頻譜濾波技術無損測量塗層厚度的方法，它採用包括一個試樣臺、多層塗層試樣、延超聲波探頭、超聲波探傷儀、數字示波器以及計算機的脈衝超聲回波測厚系統，測量塗層厚度的步驟如下:[0006](I)在x-z平面中，超聲探頭髮射聲壓為的超聲波垂直入射到圖1所
示的介質I/介質2/介質3/基體4三界面結構中；介質I為延遲塊或水介質，其聲速與密度已知；介質2與介質3分別為被測塗層材料的塗層I與塗層2，塗層厚度較薄時，其上下界面回波發生混疊；超聲探頭接收到的反射回波聲壓記作P& (X1)，它可看成下列各反射回波的合成:(a)界面I的反射回波P1及其在塗層I中的多次反射回波；(b)界面2的反射回波P2及其在塗層2中的多次反射回波；(c)界面3的反射回波P3 ;考慮到反射回波經過塗層多次衰減能量相對較弱，此處僅考慮各界面的一次反射回波，則P& (X1)可表示為式(I):
[0007]
【權利要求】
1.一種超聲信號頻譜濾波技術無損測量塗層厚度的方法，它採用一個包括試樣臺1、多層塗層試樣2、超聲波探頭3、超聲波探傷儀4、數字示波器5以及計算機6的脈衝超聲回波測厚系統；其特徵是: (1)在x-z平面中，超聲探頭髮射聲壓為
【文檔編號】G01B17/02GK103615996SQ201310577801
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月14日 優先權日:2013年11月14日
【發明者】雷明凱, 林莉, 馬志遠, 羅忠兵 申請人:大連理工大學