[發明專利]一種用于復合材料表面涂層厚度的電磁感應測厚系統

有效

• 申請號: 201810326465.4
• 申請日: 2018-04-12
• 公開（公告）號: CN108692650B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 程玉華;張睿恒;于海超;白利兵;田露露;韓曙光;王彬彬
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01B7/06
• 分類號: G01B7/06
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

本發明公開了一種用于復合材料表面涂層厚度的電磁感應測厚系統，包括探頭、信號發生模塊、信號調理電路和數據處理單元；其中，探頭為變磁阻式探頭，當信號發生模塊對其施加激勵信號后，探頭內部會形成磁路，而探頭的磁阻會受所接觸材料的導磁性影響；信號調理電路對阻抗交流信號進行鎖相放大處理，獲得反映涂層厚度的直流信號，將直流信號輸入數據處理單元，經過模數轉化后獲得表征涂層厚度的數字信號，將多組已知厚度和對應數字信號的數據作為訓練數據輸入數據處理單元中的線性回歸模型得到厚度與數字信號間的擬合曲線，進而實現對厚度的測量。

技術領域

本發明屬于測量技術領域，更為具體地講，涉及一種用于復合材料表面涂層厚度的電磁感應測厚系統。

背景技術

雷達吸波涂料具有屏蔽電磁信號的功能，對機體表面進行雷達吸波涂料噴涂是現代戰機躲避雷達偵測的重要技術手段。隨著戰機研發水平的不斷提升，新一代戰機的機體結構發生了重大的改變，而雷達吸波涂料噴涂的基底也因此逐步由鋁合金材料向復合材料演變。采用傳統渦流測厚手段，需要通過探頭與導電基材間的電渦流提離效應，確定探頭與基底間的厚度，從而間接地確定涂層的厚度。但新一代戰機雷達吸波涂層測厚技術面臨的直接問題是，由于基底材料的改變，導致由探頭與基底間提離效應形成條件失效，涂層特性成為影響探頭阻抗的主要因素，從而使上述基于提離效應的測厚手段不再適用。此外，傳統電磁感應測厚探頭受激勵所產生的磁場會輕易的穿透復合材料基底，與固定復合材料的鈦合金等飛機骨架結構產生互感，對測量結果造成嚴重干擾。因此，無論是從測量原理上還是從現有設備性能上，都難以滿足對以復合材料為基底的雷達吸波涂層進行測厚測量。由于新型戰機基底材料及機體結構的重大改變，導致目前急需新的檢測設備對復合材料基底表面雷達吸波涂料涂層厚度進行測量，為新型戰機生產與維護過程中的質量控制提供適用的技術保障手段。

目前，基于電磁感應原理的涂層測厚方法主要有基于自感式的測厚方法和基于互感式的測厚方法。常用的自感式的測厚方法有變磁阻測厚，而常用互感式測厚方法有差動變壓測厚和脈沖渦流測厚。采用渦流脈沖原理進行涂層測厚時，利用交流電信號激勵探頭線圈產生電磁場，當探頭靠近被測材料時，會在被測材料中形成循環的電流。磁場變化越快，感應電動勢就越大，渦流也就越強。當磁場變化速度恒定，渦流強度會隨探頭與涂層間距的縮小而增大。同時，渦流所產生的電場會反作用于探頭使其線圈磁通量改變進而影響探頭的等效阻抗。采用差動變壓原理進行涂層測厚時，將探頭和被測材料視為互感線圈。利用探頭與被測材料間的互感現象，將被測材料與探頭的間距轉換為互感的變化量。但是，由于戰機雷達吸博涂層較薄，能形成的感應電動勢較小，且涂層基底為非導電復合材料不能提供感應電動勢，因此基于電渦流或差動變壓的測量方法并不適用。Dong-June CHOI等人于2001年發表的Flexible Inductive Transducer with Magnetic Resistance公開了一種變磁阻式傳感器，該傳感器由線圈鐵芯和銜鐵三部分組成。傳感器的電感由磁芯與銜鐵間的間隙大小決定，當銜鐵移動時，間隙厚度發生變化，從而使磁路中的磁阻發生變化，導致電感線圈的電感值發生變化。將該電感值進行信號調理可轉變為電壓信號，通過測量該電壓值便可確定間隙厚度的變化。采用這種變磁阻式傳感器進行涂層厚度測量時，需要以基底位置作為參考位置，銜鐵位置因涂層厚度不同而改變，導致間隙厚度改變，進而獲得不同涂層厚度對應的電壓值，實現對涂層厚度的測量。但是，以飛機表面涂層為測試對象時，獲得涂層基底的位置是難以實現的，因此這種傳感器不能用于對機體表面涂層厚度的測量。此外，要使銜鐵產生機械位移，涂層表面勢必受到應力影響。當涂層較薄時，應力會對涂層厚度測試結果產生影響。因此，以通過機械位移實現磁阻變化的原理作為戰機涂層測厚的技術手段仍存在難以克服的困難。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種用于復合材料表面涂層厚度的電磁感應測厚系統，利用電磁感應測厚原理實現了對復合材料基底表面雷達吸波涂層的厚度測量，從測量原理上避免了與基底接觸的金屬結構對測試結果的干擾。

為實現上述發明目的，本發明一種用于復合材料表面涂層厚度的電磁感應測厚系統，其特征在于，包括：