[发明专利]实时检测薄膜裂纹间距的方法和装置

说明书

提供了一种实时检测薄膜裂纹间距的方法和装置。所述方法包括：准备至少两个由第一材料构成的基底，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；基于第一声发射信号和第一裂纹间距生成预估模型；对待测试样执行第二加载并采集第二声发射信号；基于预估模型对第二声发射信号进行实时分析以获得待测试样的薄膜的预估裂纹间距，其中，第二加载的类型与第一加载的类型相同，薄膜的断裂韧性小于基底的断裂韧性。

技术领域

本申请涉及一种实时检测薄膜裂纹间距的方法以及采用该方法实施检测薄膜裂纹间距的装置。

背景技术

对于材料表面以及内部裂纹间距的检测，绝大部分是采用图像识别的方式。

声发射技术大量用于检测材料的断裂行为，包括裂纹形成与扩展。然而，在现有技术中，通过声发射技术进行检测裂纹只能是定性或者很粗略地定量评估裂纹对试样的损伤情况。

此外，对于薄膜材料，由于往往和基底材料相绑定，导致基底的声发射信号往往与薄膜的声发射信号相互耦合。因此，排除基底的影响成为薄膜性能表征所面临的一大难题。

发明内容

本发明目的在于提供一种实时检测薄膜裂纹间距的方法和装置，更具体地，涉及一种基于声发射技术的实时检测薄膜裂纹间距的方法和装置。

本发明提供了一种实时检测薄膜裂纹间距的方法，所述方法包括：准备至少两个由第一材料构成的基底，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；基于第一声发射信号和第一裂纹间距生成预估模型；对待测试样执行第二加载并采集第二声发射信号；基于预估模型对第二声发射信号进行实时分析以获得待测试样的薄膜的预估裂纹间距，其中，第二加载的类型与第一加载的类型相同，薄膜的断裂韧性小于基底的断裂韧性。

可选地，基于第一声发射信号和第一裂纹间距生成预估模型的步骤包括：从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；基于特征频段对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；以及基于撞击数和第一裂纹间距拟合预估模型。

可选地，对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：根据分解层数对特征信号进行小波包分解；对分解后的信号进行重构以将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，能量特征系数为特征信号的每个频段的能量与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特征频段。

可选地，预估模型由下式来限定，y＝ax^b，其中，y为第一裂纹间距，x为撞击数，a和b为预估模型的参数。

可选地，从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的信号作为特征信号。

可选地，第一材料为延性材料，第二材料为脆性材料，其中，薄膜的断裂韧性小于等于基底的断裂韧性的1/10，并且基底的弹性变形范围大于0.1％。

可选地，第一材料为钛合金、弹簧钢、马氏体钢、镍中的至少一种，第二材料为TiN、CrN、TiAlN和Ni-P中的至少一种。