[发明专利]一种超声回波相位一阶导数谱测定涂层界面刚度的方法

权利要求书

1.一种超声回波相位一阶导数谱测定涂层界面结合强度的方法，其测量步骤如下：

(1)测量待测试样各层材料的密度ρ_i、纵波声速v_li以及涂层的厚度h，通过式(1)计算各层材料的声阻抗Z_i，其中，i为层的序号，i＝1，代表耦合介质层，i＝2，代表涂层，i＝3，代表基体层；

Z_i＝v_liρ_i (1)

(2)将步骤(1)中测量的声学参数代入推导的UEPDS极值频率f_n与界面刚度K_n的本构关系式中，如式(2)所示，通过迭代的方法计算不同界面刚度下的理论极值频率f_n^the，其中n为极值频率的阶次，f为频率，确定超声波探头的检测频率，使其有效频带覆盖极值频率的变化范围；

(3)超声波探头耦合于待测试样的表面，超声波入射到耦合介质/涂层界面、涂层/基体界面，采集包含耦合介质/涂层以及涂层/基体界面多次回波的A扫描波形P_R；

(4)截取步骤(3)中采集的信号P_R的耦合介质/涂层界面反射回波数据，并做快速傅里叶变换，构建功率谱X₀(f)，将功率谱X₀(f)中幅值大于最大幅值-12dB阈值的频率范围划定为有效频带[f_b,f_e]；再对包含耦合介质/涂层及涂层/基体界面多次回波信号P_R整体做快速傅里叶变换，通过公式(3)得到待测试样对应位置超声回波展开相位Φ_R，计算有效频带[f_b,f_e]内的Φ_R对频率f的一阶偏导，得到超声回波相位导数谱UEPDS；

其中Real(FFT(P_R))与Img(FFT(P_R))分别表示P_R经快速傅里叶变换后的实部与虚部；

(5)构建UEPDS后，识别试验UEPDS有效频带[f_b,f_e]内的极值频率f_n^exp，判断极值频率的阶数n，并逐一记录；

(6)基于理论极值频率f_n^the和试验采集的极值频率f_n^exp构建目标函数，如式(5)所示，通过遗传算法搜索目标函数的最小值，将目标函数最小值对应的界面刚度作为测量结果，实现界面刚度的准确反演；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述方法采用的超声检测系统包括超声波探头、超声波脉冲收发仪、示波器、工装夹具和载荷装置，工装夹具压紧待测试样，超声波探头置于待测试样的表面并通过弹簧连接工装夹具以保证探头以固定压力接触试样表面，载荷装置设在工装夹具的上方，示波器通过超声波脉冲收发仪连接超声波探头。