[发明专利]用超声检测多层吸波涂层的测厚装置及其测厚方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用超声检测多层吸波涂层的测厚装置及其测厚方法，其属于超声无损检测与评价技术领域。

背景技术

采用吸波材料进行雷达波隐身是一种十分经济有效的技术途径，而雷达吸波材料厚度、涂敷层的均匀性直接影响到最终隐身效果。在现场涂装施工和质量检验过程中，要求每一层吸波涂层厚度均达到合格标准。准确可靠的吸波涂层厚度无损测试方法是该领域的迫切工程需求。

目前的吸波涂层厚度无损测试方法主要包括磁性法、涡流法、微波魔T桥式电路法、电容法和超声法等。其中磁性法不适用于具有铁磁性吸波涂层厚度的测量。涡流法是通过检测探头与基体之间由涂层厚度变化引起的提离效应进行测厚的，仅能用于测量基体材料为金属的吸波涂试样。微波魔T桥式电路法是根据等效阻抗原理进行测量的，该方法只能用于控制涂层的厚度达到标准要求，不能准确得出厚度结果。电容法是根据电磁理论建立相关的理论模型。该方法受分布电容的影响，导致随着涂层厚度的增加，系统误差增大。且实际吸波涂层的电容特性受工艺参数及温度、湿度等环境因素影响很大，较难与数据库中标准试样的电容值一致，导致测厚结果可靠性受到影响。超声测量涂层厚度的传统方法是根据声压反射系数幅度谱/功率谱来计算涂层的厚度，该方法需要在幅度谱/功率谱中读取两个相邻的谐振频率才能计算涂层厚度，对超声探伤仪及探头的带宽要求较高，导致测量设备成本高、设备的体积及重量相应增加，大大限制了其应用。且需要通过经验判断回波信号数据的截断位置，人工干预因素较强，导致测厚结果不稳定；对于多层吸波涂层，由于幅度谱/功率谱谱线畸变、不规则，难以辨识谐振频率位置，不能准确测量涂层厚度。

发明内容

本发明的目的是提供一种用超声检测多层吸波涂层的测厚装置及其测厚方法。与现有吸波涂层厚度测量方法相比，该方法应克服传统的超声测厚法必须能够读取信号幅度谱/功率谱中两个谐振频率才能准确获得涂层厚度的局限性，对吸波涂层的电学和磁学性能没有要求，能够准确测量单层及多层吸波涂层最外层的厚度。该装置可以将超声脉冲回波信号的采集、传输以及后处理过程集成到计算机内，有效减小测量过程中人为干预带来的测量误差。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用超声检测多层吸波涂层的测厚装置及其测厚方法，它采用包括一种带宽0～35MHz的便携式数字超声探伤仪、延迟块探头或局部水浸的超声延迟线探头、涂层声速标定试样和集成了测厚算法的计算机构成测量包括金属及非金属基体的单层、双层及三层的吸波涂层外涂层的测厚装置；所述测厚装置采集、传输以及后处理超声脉冲回波信号，并根据超声脉冲回波特点选择△t或f_n计算涂层厚度，所述测厚方法过程如下：

所述测厚方法过程中的脉冲宽度W均可通过式（1）求得：

W=N×T/2   （1）

其中T为超声波向前传播一个波长距离时所需的时间；N为脉冲回波的高度达到屏高80%时，高于20%回波高度的峰值个数；

（1）利用所述校准好的超声测厚装置，采集超声延迟线探头自身的反射回波信号R作为基准信号，计算该信号的脉冲宽度W₀；

（2）利用超声延迟线探头向待测吸波涂层试样垂直发射超声信号，并采集涂层反射回波信号S做为试样信号；搜索信号S内的第一个脉冲回波s₁，读取s₁的出现时刻t₁并计算脉冲宽度W₁；

（3）对比基准信号R与脉冲回波s₁的脉冲宽度，若W₀≥W₁，则采用△t计算涂层厚度d，计算公式为：

d=c×△t/2   （3）

式中c为吸波涂层声速值；Δt为脉冲回波声时差；

Δt的确定步骤：通过搜索脉冲回波s₁出现时刻之后的一个脉冲回波s₂，计算s₁与s₂出现时刻的时间差即可得到Δt；

（4）对比基准信号R与脉冲回波s₁的脉冲宽度，若W₀＜W₁，则采用f_n计算涂层厚度d，计算公式为：

d=n×c/(4×f_n)   （4）

式中c为吸波涂层声速值；f_n为谐振频率；n为谐振频率阶数；