[发明专利]实时检测薄膜裂纹间距的方法和装置

权利要求书

1.一种实时检测薄膜裂纹间距的方法，其特征在于，所述方法包括：

准备至少两个由第一材料构成的基底，所述基底上形成有由第二材料构成的薄膜；

将至少一个基底选作标准试样，其余基底选作待测试样；

对所述标准试样执行第一加载并采集第一声发射信号和第一裂纹间距；

基于所述第一声发射信号和所述第一裂纹间距生成预估模型；

对所述待测试样执行第二加载并采集第二声发射信号；以及

基于所述预估模型对第二声发射信号进行实时分析以获得所述待测试样的薄膜的预估裂纹间距，

其中，所述第二加载的类型与所述第一加载的类型相同，所述薄膜的断裂韧性小于所述基底的断裂韧性，

其中，所述基于所述第一声发射信号和所述第一裂纹间距生成预估模型的步骤包括：

从所述第一声发射信号中选择特定时段的声发射信号作为特征信号；

对所述特征信号进行小波包分解以确定用于表征裂纹产生的特征频段；

基于所述特征频段对所述第一声发射信号进行滤波；

统计经滤波后的第一声发射信号中的撞击数；以及

基于所述撞击数和所述第一裂纹间距拟合所述预估模型，

其中，所述预估模型由下式来限定，

y＝ax^b

其中，y为所述第一裂纹间距，x为所述撞击数，a和b为所述预估模型的参数。

2.根据权利要求1所述的方法，所述对所述特征信号进行小波包分解以确定用于表征裂纹产生的特征频段的步骤包括：

根据分解层数对所述特征信号进行小波包分解；

对分解后的信号进行重构以将所述特征信号划分为多个频段；

计算与多个频段中的每个频段对应的多个能量特征系数，其中，能量特征系数为所述特征信号的每个频段的能量与所述特征信号的总能量的比值；以及

将多个能量特征系数中最大的能量特征系数对应的频段选作所述特征频段。

3.根据权利要求1所述的方法，所述从所述第一声发射信号中选择特定时段的声发射信号作为特征信号的步骤包括：从所述第一声发射信号中，选定应变范围为2％-4％，幅度为大于等于30mV，时间窗口为600μs的信号作为所述特征信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一材料为延性材料，所述第二材料为脆性材料，其中，所述薄膜的断裂韧性小于等于所述基底的断裂韧性的1/10，并且所述基底的弹性变形范围大于0.1％。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一材料为钛合金、弹簧钢、马氏体钢、镍中的至少一种，所述第二材料为TiN、CrN、TiAlN和Ni-P中的至少一种。

6.一种实时检测薄膜裂纹间距的装置，其特征在于，所述装置包括：

试样准备单元，准备至少两个由第一材料构成的基底，所述基底上形成有由第二材料构成的薄膜，并且将至少一个基底选作标准试样，其余基底选作待测试样；

第一加载单元，对所述标准试样执行第一加载并采集第一声发射信号和第一裂纹间距；

模型生成单元，基于所述第一声发射信号和所述第一裂纹间距生成预估模型；

第二加载单元，对所述待测试样执行第二加载并采集第二声发射信号；以及

检测单元，基于所述预估模型对第二声发射信号进行实时分析以获得所述待测试样的薄膜的预估裂纹间距，

其中，所述第二加载的类型与所述第一加载的类型相同，所述薄膜的断裂韧性小于所述基底的断裂韧性，

其中，所述模型生成单元被配置为执行以下步骤：

从所述第一声发射信号中选择特定时段的声发射信号作为特征信号；

对所述特征信号进行小波包分解以确定用于表征裂纹产生的特征频段；

基于所述特征频段对所述第一声发射信号进行滤波；

统计经滤波后的第一声发射信号中的撞击数；以及

基于所述撞击数和所述第一裂纹间距拟合所述预估模型，

其中，所述预估模型由下式来限定，

y＝ax^b

其中，y为所述第一裂纹间距，x为所述撞击数，a和b为所述预估模型的参数。