[发明专利]基于声压反射系数自相关函数的薄层厚度超声检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于声压反射系数自相关函数的薄层厚度超声检测方法，属于无损检测技术领域。

背景技术

应用超声脉冲回波技术测量薄层厚度时，由于薄层的上表面回波和下表面回波信号产生混叠，传统的脉冲回波信号时域分析方法无法确定薄层厚度。

目前，对于应用超声脉冲回波技术测量薄层厚度的常用信号处理方法为基于干涉原理的频谱分析方法，如Haines NF等在“The application of broadband ultrasonic spectroscopy to the study of layered media”一文中使用20MHz超声探头，并应用声压反射系数幅度谱和相位谱处理手段获得环氧树脂薄层厚度。徐志辉、林莉等在“基于功率谱分析的表面涂层厚度超声无损检测方法”一文中应用功率谱分析技术对ZrO₂涂层进行厚度测量。但上述信号处理方法都需要信号频谱在超声波探头带宽范围内至少出现两个谐振频率，然后利用这两个谐振频率之间的差值、薄层声速与薄层厚度之间的关系，计算得到薄层厚度。该方法对探头的带宽要求较高，从而对探头频率的要求也随之提高，导致测量设备成本高，且大大限制了其应用。

声压反射系数具有良好的自相关特性和与噪声无相关性等特点，采用本方法对于信号频谱在超声波探头带宽范围内只能读取到一个谐振频率的情况仍然能够进行薄层厚度测量，且对于低至20dB的信噪比信号仍然适用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于声压反射系数自相关函数的薄层厚度超声检测方法。与现有的超声干涉测量薄层厚度方法相比，测量同样厚度的材料时，可以降低对超声波探头频率及频带宽度的要求，或在同样的超声波探头条件下，能够测量厚度更小的薄层。

本发明的技术方案是：一种基于声压反射系数自相关函数的薄层厚度超声检测方法采用一个包括超声探伤仪、超声脉冲水浸探头、Al质薄层试样、水槽、数字示波器以及计算机的脉冲超声水浸回波系统，其检测的步骤如下：

（1）利用所述超声脉冲水浸回波系统向薄层试样垂直发射超声信号，并采集一个由薄层上表面与水组成的界面反射回波信号和薄层下表面与基体组成的界面反射回波信号组成的试样信号（混叠信号）；

（2）利用所述超声脉冲回波系统采集一个标准试块的上表面基准信号（回波信号）；

（3）对所述（1）和（2）采集到的试样信号和基准信号分别进行快速傅里叶变换，然后用试样信号的频域数据除以基准信号的频域数据，得到复函数S(f)；

（4）将（3）求得的复函数S(f)代入到公式1中，得到薄层声压反射系数自相关函数R_S(φ)：

RS(φ)-limF→∞∫0FS(f)S*(f+φ)df---(1)]]>

式中：R_S(φ)表示薄层声压反射系数自相关函数，S(f)为试样信号频域与基准信号频域的商；

（5）在（4）中求取的R_S(φ)中读取n个极大值对应的频率φ_i，i＝0,1,2…n，将φ_i，i＝0,1,2…n和薄层声速c代入公式（2）便可求得薄层厚度：