一種用超聲檢測多層吸波涂層的測厚裝置及其測厚方法，屬于超聲無損檢測與評價技術領域。該裝置采用包括一種帶寬0～35MHz的便攜式數字超聲探傷儀、延遲塊探頭或局部水浸的超聲延遲線探頭、涂層聲速標定試樣和集成了測厚算法的計算機構成的測厚裝置。該裝置根據超聲回波特點選擇△t或fn計算涂層厚度。通過將自相關方法與聲壓反射系數功率譜方法相結合迭代加窗分析，選擇一個準確的fn實現涂層測厚。該測厚裝置及其測厚方法克服了現有超聲測厚技術對探傷儀和探頭頻帶要求高、數據截取需要人工干預以及只適用于單層涂層等局限性。所用設備體積小、重量輕，適于多種基體、多層涂層外涂層的現場測厚，具有較大的經濟效益和社會效益。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種，其屬于超聲無損檢測與評價
技術介紹
采用吸波材料進行雷達波隱身是一種十分經濟有效的技術途徑，而雷達吸波材料厚度、涂敷層的均勻性直接影響到最終隱身效果。在現場涂裝施工和質量檢驗過程中，要求每一層吸波涂層厚度均達到合格標準。準確可靠的吸波涂層厚度無損測試方法是該領域的迫切工程需求。目前的吸波涂層厚度無損測試方法主要包括磁性法、渦流法、微波魔T橋式電路法、電容法和超聲法等。其中磁性法不適用于具有鐵磁性吸波涂層厚度的測量。渦流法是通過檢測探頭與基體之間由涂層厚度變化引起的提離效應進行測厚的，僅能用于測量基體材料為金屬的吸波涂試樣。微波魔T橋式電路法是根據等效阻抗原理進行測量的，該方法只能用于控制涂層的厚度達到標準要求，不能準確得出厚度結果。電容法是根據電磁理論建立相關的理論模型。該方法受分布電容的影響，導致隨著涂層厚度的增加，系統誤差增大。且實際吸波涂層的電容特性受工藝參數及溫度、濕度等環境因素影響很大，較難與數據庫中標準試樣的電容值一致，導致測厚結果可靠性受到影響。超聲測量涂層厚度的傳統方法是根據聲壓反射系數幅度譜/功率譜來計算涂層的厚度，該方法需要在幅度譜/功率譜中讀取兩個相鄰的諧振頻率才能計算涂層厚度，對超聲探傷儀及探頭的帶寬要求較高，導致測量設備成本高、設備的體積及重量相應增加，大大限制了其應用。且需要通過經驗判斷回波信號數據的截斷位置，人工干預因素較強，導致測厚結果不穩定；對于多層吸波涂層，由于幅度譜/功率譜譜線 畸變、不規則，難以辨識諧振頻率位置，不能準確測量涂層厚度。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種。與現有吸波涂層厚度測量方法相比，該方法應克服傳統的超聲測厚法必須能夠讀取信號幅度譜/功率譜中兩個諧振頻率才能準確獲得涂層厚度的局限性，對吸波涂層的電學和磁學性能沒有要求，能夠準確測量單層及多層吸波涂層最外層的厚度。該裝置可以將超聲脈沖回波信號的采集、傳輸以及后處理過程集成到計算機內，有效減小測量過程中人為干預帶來的測量誤差。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是:一種，它采用包括一種帶寬O 35MHz的便攜式數字超聲探傷儀、延遲塊探頭或局部水浸的超聲延遲線探頭、涂層聲速標定試樣和集成了測厚算法的計算機構成測量包括金屬及非金屬基體的單層、雙層及三層的吸波涂層外涂層的測厚裝置；所述測厚裝置采集、傳輸以及后處理超聲脈沖回波信號，并根據超聲脈沖回波特點選擇Λ t或fn計算涂層厚度，所述測厚方法過程如下:所述測厚方法過程中的脈沖寬度W均可通過式(I)求得:ff=NXT/2 (I)其中T為超聲波向前傳播一個波長距離時所需的時間；N為脈沖回波的高度達到屏高80%時，高于20%回波高度的峰值個數；(I)利用所述校準好的超聲測厚裝置，采集超聲延遲線探頭自身的反射回波信號R作為基準信號，計算該信號的脈沖寬度Wtl ；(2)利用超聲延遲線探頭向待測吸波涂層試樣垂直發射超聲信號，并采集涂層反射回波信號S做為試樣信號；搜索信號S內的第一個脈沖回波S1，讀取S1的出現時刻并計算脈沖寬度W1 ；(3)對比基準信號R與脈沖回波S1的脈沖寬度，若Wtl ^ W1，則采用Λ t計算涂層厚度山計算公式為:d=cX Δ t/2 (3)式中c為吸波涂層聲速值；Λ t為脈沖回波聲時差；At的確定步驟:通過搜索脈沖回波S1出現時刻之后的一個脈沖回波S2，計算S1與S2出現時刻的時間差即可得到At ;(4)對比基準信號R與脈沖回波S1的脈沖寬度，若Wtl < W1,則采用fn計算涂層厚度d，計算公式為:d=n Xe/ (4 X fn) (4)·式中c為吸波涂層聲速值；fn為諧振頻率；n為諧振頻率階數；fn與η的確定步驟:對試樣信號S進行矩形窗加窗處理，矩形窗起始位置為h，力口窗寬度為B=ZXWtl，得到加窗后的信號S1 ;求取信號S1對應的聲壓反射系數功率譜V1，并對功率譜V1進行自相關處理得出自相關結果C1 ;讀取C1的第一峰值位置F1，根據F值重新計算加窗寬度B=VF1，重復以上步驟，直至兩次自相關結果的第一峰值位置Fi與匕+1之間的差值小于5%，此時得到信號Si，信號Si為最外層涂層的界面回波信號；求取信號Si對應的功率譜，并讀取探頭中心頻率附近的諧振頻率fn，根據自相關結果Fi+1，判斷η的具體數值，其中:fn=nXFi+1/2 (5)若已知吸波涂層聲速值C，根據式(4)可計算涂層厚度d。本專利技術的有益效果是:克服了傳統的超聲測厚法必須能夠讀取信號幅度譜/功率譜中兩個諧振頻率才能準確獲得涂層厚度的局限性，一個諧振頻率即可測厚，降低了對超聲探傷儀及探頭的帶寬要求。而且對基體和涂層的電學及磁學性能沒有要求，可以測量基體材料為金屬或非金屬的試樣。其截斷方法使得測量多層吸波涂層外涂層厚度時，不受底層涂層回波信號的干擾，測量結果更精確。多組超聲延遲線探頭能夠對不同厚度的吸波涂層試樣進行準確的厚度測量。當待測涂層的厚度范圍為0.2 0.7mm時，選擇15MHz的超聲延遲線探頭；當待測涂層的厚度范圍為0.6 1.1mm時，選擇IOMHz的超聲延遲線探頭；當待測試樣的厚度范圍為1.0 1.6mm時，選擇5.0MHz的超聲延遲線探頭；當待測試樣的厚度范圍為1.5 3mm時，選擇2.25MHz的超聲延遲線探頭。本專利技術可方便靈活地測量單層、多層吸波涂層外涂層的厚度，所用設備輕巧、便攜、可操作性強、成本低，測量精度高、范圍廣，現場測厚結果穩定可靠，具有較大的經濟效益和社會效益。附圖說明下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。圖1是一種用超聲檢測多層吸波涂層測厚裝置的硬件結構連接示意圖。圖2是延遲塊探頭的回波信號R。圖3是鋼基吸波涂層反射回波信號S。圖4是鋼基單層吸波涂層試樣橫截面的金相照片。圖5是鋼基雙層吸波涂層試樣橫截面的金相照片。圖6是鋼基三層吸波涂層試樣橫截面的金相照片。圖7是鋁基吸波涂層試樣橫截面的金相照片。圖8是復材基吸波涂層試樣橫截面的金相照片。具體實施例方式本超聲檢測多層吸波涂層的測厚裝置以及測厚方法由圖1所示的一種帶寬O 35MHz的便攜式數字超聲探傷儀、延遲塊探頭或局部水浸的超聲延遲線探頭、涂層聲速標定試樣和集成了測厚算法的計算機構成。可測量包括金屬及非金屬基體的單層、雙層及三層的吸波涂層外涂層的涂層厚度。所述測厚方法過程如下:針對涂層厚度范圍為0.3 0.7mm的鋼基吸波涂層試樣，選擇標稱頻率15MHz的延遲塊探頭，首先將測量裝置進行系統連接及儀器校正。(I)采集該延遲塊探頭的反射回波信號R (基準信號)，如圖2所示，依據公式(I)計算該信號的脈沖寬度Wtl=0.32μ S ；(2)將延遲塊探頭耦合到已知涂層厚度(d=0.5mm)的聲速標定試樣上，采集一個涂層反射回波信號S，如圖3所示，搜索信號S內的第一個脈沖回波S1，并讀取S1的出現時刻t!=9.94 μ s 和脈沖寬度 W1=0.51 μ s ;(3)對比基準信號R與脈沖回波S1的脈沖寬度，Ttl < T1，采用公式(4)計算聲速標定試樣的涂層聲速值c ；(4)對試樣信號S進行矩形窗加窗處理，矩形窗起始位置為t1=9.94 μ s,寬度為B=0.64 μ s，得到加窗后的信號S1 ;求取信號S1對應的聲壓反射系數功率譜V1，并對功本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用超聲檢測多層吸波涂層的測厚裝置及其測厚方法，其特征是：它采用包括一種帶寬0～35MHz的便攜式數字超聲探傷儀、延遲塊探頭或局部水浸的超聲延遲線探頭、涂層聲速標定試樣和集成了測厚算法的計算機構成測量包括金屬及非金屬基體的單層、雙層及三層的吸波涂層外涂層的測厚裝置；所述測厚裝置對超聲脈沖回波信號進行采集、傳輸以及后處理，并根據超聲脈沖回波特點選擇△t或fn計算涂層厚度，所述測厚方法過程如下：所述測厚方法過程中的脈沖寬度W均可通過式（1）求得：W=N×T/2???（1）其中T為超聲波向前傳播一個波長距離時所需的時間；N為脈沖回波的高度達到屏高80%時，高于20%回波高度的峰值個數；（1）利用所述校準好的超聲測厚裝置，采集超聲延遲線探頭自身的反射回波信號R作為基準信號，計算該信號的脈沖寬度W0；（2）利用超聲延遲線探頭向待測吸波涂層試樣垂直發射超聲信號，并采集涂層反射回波信號S做為試樣信號；搜索信號S內的第一個脈沖回波s1，讀取s1的出現時刻t1并計算脈沖寬度W1；（3）對比基準信號R與脈沖回波s1的脈沖寬度，若W0≥W1，則采用△t計算涂層厚度d，計算公式為：d=c×△t/2???（3）式中c為吸波涂層聲速值；Δt為脈沖回波聲時差；Δt的確定步驟：通過搜索脈沖回波s1出現時刻之后的一個脈沖回波s2，計算s1與s2出現時刻的時間差即可得到Δt；（4）對比基準信號R與脈沖回波s1的脈沖寬度，若W0＜W1，則采用fn計算涂層厚度d，計算公式為：d=n×c/(4×fn)???（4）式中c為吸波涂層聲速值；fn為諧振頻率；n為諧振頻率階數；fn與n的確定步驟：對試樣信號S進行矩形窗加窗處理，矩形窗起始位置為t1，加窗寬度為B=2×W0，得到加窗后的信號S1；求取信號S1對應的聲壓反 射系數功率譜V1，并對功率譜V1進行自相關處理得出自相關結果C1；讀取C1的第一峰值位置F1，根據F值重新計算加窗寬度B=1/F1，重復以上步驟，直至兩次自相關結果的第一峰值位置Fi與Fi+1之間的差值小于5%，此時得到信號Si，信號Si為最外層涂層的界面回波信號；求取信號Si對應的功率譜，并讀取探頭中心頻率附近的諧振頻率fn，根據自相關結果Fi+1，判斷n的具體數值，其中：fn=n×Fi+1/2???（5）若已知吸波涂層聲速值c，根據式（4）可計算涂層厚度d。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：雷明凱，林莉，羅忠兵，胡志雄，馬志遠，李廣凱，李喜孟，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：
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