[发明专利]基于光栅激光超声声谱的薄膜涂层厚度无损测量方法

权利要求书

1.一种基于光栅激光超声声谱的薄膜涂层厚度无损测量方法，其特征在于：首先利用等间距光学掩模板或微阵列透镜(2)使照射到被测薄膜涂层结构(3)表面的高能脉冲激光束(1)形成周期为d的栅状激光光斑(4)，被测薄膜涂层结构表面在周期热膨胀激励下激发出对应波长为λ的超声表面波(5)，其中λ＝d；所述栅状激光光斑(4)的周期d应大于被测涂层的厚度；再由激光超声检测单元(6)在被测区域附近接收超声表面波信号(7)，并进行快速傅里叶变换获取其频域信号(8)，测定频域信号的中心频率；由于超声表面波在多层介质中的频散特性，被测薄膜涂层结构(3)的涂层厚度的变化会引起所激发超声表面波信号中心频率的改变，最后根据所接收超声表面波信号中心频率与涂层厚度的对应关系，实现对涂层厚度的无损测量；具体包含如下步骤：

步骤1：首先准备与被测薄膜涂层结构和材料相同的、具有不同涂层厚度的n个试件，编号分别为i＝1,2,…,n，采用基于光栅激光超声声谱的薄膜涂层厚度无损测量方法对不同试件进行测量，获取不同厚度薄膜涂层试件的表面波中心频率f_i，其中i＝1,2,…,n；

步骤2：对上述n个试件进行解剖和显微测量，获得其精确涂层厚度h_i数据；

步骤3：根据不同涂层厚度h_i与所测表面波中心频率f_i的对应关系，建立表面波中心频率f与涂层厚度h间的拟合关系曲线，作为测量标准曲线；

步骤4：采用基于光栅激光超声声谱的薄膜涂层厚度无损测量方法对未知厚度的薄膜涂层试件进行测量，获取其表面波中心频率f_x,根据已建立的f-h标准曲线，对涂层厚度h_x进行定量评估。

2.根据权利要求1所述的一种基于光栅激光超声声谱的薄膜涂层厚度无损测量方法，其特征在于：所述高能脉冲激光束(1)为脉冲长度为纳秒级的准直激光束，用于超声表面波的激发。

3.根据权利要求1所述的一种基于光栅激光超声声谱的薄膜涂层厚度无损测量方法，其特征在于：周期为d的栅状激光光斑(4)在被测薄膜涂层结构(3)表面激发出固定波长为λ的超声表面波(5)，由于超声表面波(5)在多层介质中的频散特性，被测薄膜涂层结构(3)的涂层厚度的变化会引起所激发超声表面波(5)波速v的变化，由于超声波波速v、波长λ和频率f三者之间存在v＝λf，因此被测薄膜涂层结构(3)的涂层厚度的变化必然会引起所激发表面波中心频率的变化。