[发明专利]扫描超声波显微镜同时测量薄层材料机械特性参数的方法

权利要求书

1.一种扫描超声波显微镜同时测量薄层材料机械特性参数的方法，采用扫描超声波显微镜，扫描超声波显微镜包括超声波聚焦探头(1)、三维直线电机Z轴运动平台(2)、三维直线电机Y轴运动平台(3)、三维直线电机X轴运动平台(4)、电机控制器(5)、超声波发射接收器(6)、计算机(7)、薄层材料(8)、基体材料(9)、水槽(10)、三维直线电机Z轴运动导轨(11)、三维直线电机Y轴运动导轨(12)、三维直线电机X轴运动导轨(13)，水槽(10)底部放有基体材料(9)，基体材料(9)上设有薄层材料(8)，基体材料(9)上方设有超声波聚焦探头(1)，超声波聚焦探头(1)上端固定于三维直线电机Z轴运动平台(2)之上，三维直线电机Z轴运动平台(2)运动在三维直线电机Z轴运动导轨(11)上，三维直线电机Y轴运动平台(3)运动在三维直线电机Y轴运动导轨(12)上，三维直线电机X轴运动平台(4)运动在三维直线电机X轴运动导轨(13)上，超声波聚焦探头(1)与超声波发射接收器(6)相连，三维直线电机Z轴运动平台(2)及三维直线电机Y轴运动平台(3)与电机控制器(5)相连，计算机(7)分别与电机控制器(5)、超声波发射接收器(6)相连；其特征在于方法的步骤如下：

1)将薄层材料(8)放置于基体材料(9)表面，并置于盛有水的水槽(10)中，开启扫描超声波显微镜；

2)调节扫描超声波显微镜的三维直线电机Y轴运动平台(3)使超声波聚焦探头(1)位于基体材料(9)正上方；

3)调节扫描超声波显微镜的三维直线电机Z轴运动平台(2)使超声波聚焦探头(1)聚焦于基体材料(9)上表面； 

4)测量基体材料(9)的超声波回波信号 V₁(z, t)；

5)调节扫描超声波显微镜的三维直线电机Y轴运动平台(3)使超声波聚焦探头(1)位于薄层材料(8)伸出基体材料表面部分的正上方；

6)调节扫描超声波显微镜的三维直线电机Z轴运动平台(2)使超声波聚焦探头(1)聚焦于薄层材料(8)伸出基体材料表面部分的上表面；

7)测量薄层材料(8)的超声波回波信号 V₂(z, t)；

8)分别对V₂(z, t)、V₁(z, t)进行二维傅里叶变换后相除，再乘以基体材料的以k_z和ω为变量的反射系数R₁(k_z,ω)，得到薄层材料的以k_z和ω为变量的反射系数R₂(k_z, ω)，再由公式k_z=ω·cos(θ)/c₀得到薄层材料的以θ和ω为变量的反射系数R₂(θ, ω)，其中θ为超声波入射角，ω为超声波频率，c₀为水中声速，k_z为超声波在水中波数的竖直分量；

9)选取薄层材料厚度初值h₀、纵波声速初值c_l0、横波声速初值c_t0、纵波衰减系数初值α_l0、横波衰减系数初值α_t0和密度初值ρ₀，计算出薄层材料以θ和ω为变量的反射系数的理论值, 通过对薄层材料(8) 的以θ和ω为变量的反射系数R₂(θ,ω)进行最小二乘法拟合，得出薄层材料(8)的厚度、纵波声速、横波声速、纵波衰减系数、横波衰减系数和密度的最优值，即为最终测量结果。