[发明专利]基于空气耦合超声的薄膜面密度测量方法及测量系统

说明书

本发明公开一种基于空气耦合超声的薄膜面密度测量方法及测量系统，其中方法包括测量激励信号在空气中传播得到的第一衰减信号的能量；测量所述激励信号经过多层介质薄膜后得到的第二衰减信号的能量，多层介质薄膜位于空气耦合超声换能器的信号发射换能器和信号接收换能器之间；根据第一衰减信号和第二衰减信号的能量差异，计算多层介质薄膜的测量位置聚焦点处的面密度值；变换空气耦合超声换能器的位置，重复执行上述步骤，得到多层介质薄膜不同测量位置聚焦点处的面密度值，通过取平均值得到多层介质薄膜的面密度。利用本发明基于空气耦合超声手段测量多层弹性介质薄膜面密度，有利于实现涂炭铝箔表面碳层涂覆质量的无损、快速评价，提高制备质量和制备效率。

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种基于空气耦合超声的薄膜面密度测量方法及测量系统。

背景技术

锂电池因其重量轻、能量比高、自放电率低等独特的有点，已经被广泛运用于从国防到民用的各个领域中。锂电池的优越性与其使用涂炭铝箔有着密切的关系。涂炭铝箔通过使用含碳的浆料在铝箔表面涂覆一层3微米左右厚度的碳层，可以增加锂电池活性物质粘接力，增加Li离子运动空隙进而提升充放电性能、降低内阻、增加电池容量。而涂炭铝箔的性能好坏主要通过表面碳层的涂覆材料和涂覆均匀度来衡量。由于锂电池生产制备的要求的限制，涂炭铝箔表面涂层的均匀度的测量十分困难。

空气耦合超声检测技术是一种以空气作为耦合剂的无损的、无接触的检测方法。上述这些特点很好的满足了锂电池涂炭铝箔检测的要求，既不会破坏碳层结构，也不需要使用耦合剂，提高了检测的安全性和效率。此技术已经运用于一些薄膜结构的厚度检测当中，但是对于锂电池涂炭铝箔这种多层弹性介质结构的面密度测量仍缺乏相关有效的检测技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于空气耦合超声的薄膜面密度测量方法及测量系统，通过空气耦合超声手段，实现对于多层弹性介质薄膜面密度的无损、无接触测量，并且测量结果满足精度要求。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种基于空气耦合超声的薄膜面密度测量方法，包括以下步骤：

S1、测量激励信号在空气中传播得到的第一衰减信号的能量，所述激励信号由信号发生器发出，经过功率放大器后，由空气耦合超声换能器的信号发射换能器发射，在空气中传播后由所述空气耦合超声换能器的信号接收换能器接收，得到所述第一衰减信号；S2、测量所述激励信号经过多层介质薄膜后得到的第二衰减信号的能量，所述多层介质薄膜位于所述信号发射换能器和所述信号接收换能器之间；S3、根据所述第一衰减信号和所述第二衰减信号的能量差异，计算所述多层介质薄膜的测量位置聚焦点处的面密度值；S4、变换所述空气耦合超声换能器的位置，重复执行S1～S3，得到所述多层介质薄膜不同测量位置聚焦点处的面密度值，通过取平均值得到所述多层介质薄膜的面密度。

进一步的，所述激励信号的频率设置为所述空气耦合超声换能器的共振频率，设置所述激励信号的幅值小于所述空气耦合超声换能器的击穿电压，所述激励信号的循环数需满足使穿透后的信号幅值至少为噪声信号幅值的两倍，所述激励信号的触发方式为外部触发。

进一步的，S1之前还包括步骤S0、设置PC中信号采集卡的采样率为所述空气耦合超声换能器的中心频率f_C的两倍以上，带通滤波的上下限分别为f_c+100kHz和f_c-100kHz。

进一步的，所述信号发射换能器和所述信号接收换能器相对设置，两者的轴线位于同一直线上，两者的距离为焦距L_C的2倍；所述多层介质薄膜位于所述信号发射换能器和所述信号接收换能器之间的焦点处。

进一步的，所述第一衰减信号A₁和第二衰减信号F₁的能量根据下式计算得到

其中n表示信号采样点数，f(k)为第k个信号采样点的幅值。