[发明专利]一种涂层脱粘超声相位谱C扫描成像检测方法

摘要

一种涂层脱粘超声相位谱C扫描成像检测方法，属于超声无损检测技术领域。该检测方法采用一套包括水槽、超声波水浸探头、三维步进装置、超声波探伤仪以及计算机构成的超声C扫描系统。该系统的超声波垂直入射至涂层试样并进行超声C扫描，采集水/涂层和涂层/基体界面的混叠信号P_r(t)，对P_r(t)进行快速傅里叶变换获得展开相位Ψ₀(f)，将有效频带内的Ψ₀(f)进行线性拟合获得相位谱Ψ_p(f)，识别Ψ_p(f)极大值平均值与极小值平均值构成的幅值avg_A及谐振频率间隔df＝f_m‑f_m‑1，采用灰度值代表归一化的avg_A×df，并绘制到对应的C扫描采样矩阵中，可以实现涂层界面脱粘状态的超声相位谱C扫描成像。该检测方法克服了超声高频衰减大，低频信号混叠等无法检测薄涂层脱粘的问题。

主权项

1.一种涂层脱粘超声相位谱C扫描成像检测方法，其特征是：检测方法采用一套包括水槽、涂层试样、超声波水浸探头、XYZ三维步进装置、超声波探伤仪以及计算机构成的超声C扫描系统，采用的测量步骤如下：(1)将超声波水浸探头置于参考试块上方，保证探头主声束轴线与试样表面垂直；超声波经过水槽中耦合介质入射到参考试块，采集参考试块表面反射回波信号的A扫描波形P₀(t)，t表示时间，单位为秒，对P₀(t)进行快速傅里叶变换获得其功率谱G₀(f)，f为频率，单位为赫兹，识别功率谱G₀(f)的‑12dB幅值对应的有效频带[f_f,f_b]；(2)将超声波水浸探头置于被测涂层试样的上方，保证探头主声束轴线与试样表面垂直；超声波经过水槽中耦合介质入射到水/涂层与涂层/基体界面，以固定采样间隔Int对试样目标区域进行C扫描，共扫描W×H个数据点，并采集特定闸门内的A扫描波形P_r(t)，W表示扫描轴采样点数，H表示步进轴采样点数；(3)对步骤(2)所述采集到的所有A扫描波形P_r(t)进行快速傅里叶变换，获得涂层试样对应位置的超声声压反射系数展开相位Ψ₀(f)，对有效频带[f_f,f_b]内的Ψ₀(f)进行线性拟合获得相位谱Ψ_p(f)；其中r₁₂与r₂₃分别表示水/涂层与涂层/基体界面的声压反射系数，d为涂层厚度，c为涂层声速；(4)识别步骤(3)所述相位谱Ψ_p(f)有效频带[f_f,f_b]内所有谐振频率f_m以及其对应的极大值max与极小值min，式(2)中m为自然数；通过公式(5)与(6)分别获得极大值平均值avg_max与极小值平均值avg_min：N表示识别的极大值max个数，M表示识别的极小值min个数；通过公式(7)计算相位谱Ψ_p(f)的幅值avg_A：avg_A＝avg_max‑avg_min                     (7)通过公式(8)计算谐振频率间隔df：df＝f_m‑f_m‑1＝c/2d                                       (8)(5)对步骤(4)所述采集的幅值avg_A与谐振频率间隔df的乘积avg_A×df做归一化处理，构成一个均在0～1之间的W×H二维矩阵，使用相应的颜色灰度0～255表示对应的0～1幅值，以W×H二维矩阵绘制对应的灰度图像，实现涂层界面粘结状态的超声相位谱C扫描成像。