[發明專利]基于太赫茲的涂層厚度檢測方法和裝置

在審

• 申請號: 202010424953.6
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111751314A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 劉偉;劉德峰;于淼;楊超;高云端
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京長城航空測控技術研究所;中航高科智能測控有限公司;北京瑞賽長城航空測控技術有限公司
• 主分類號: G01N21/3586
• 分類號: G01N21/3586;G01B11/06;G01N21/41
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 王世磊

本發明提供一種基于太赫茲的涂層厚度檢測方法和裝置，該方法包括以下步驟：應用反射式太赫茲時域光譜檢測系統，對涂層交界處的待測量試樣進行檢測，同時測量太赫茲波穿過空氣、穿過被檢測的涂層和涂層表面反射的回波信號，作為太赫茲時域光譜的參考信號，建立太赫茲厚度方程，將第一步得到了回波信號的兩個時間差分別代入到已經建立的方程中，從而得到涂層的厚度。本發明可為多層涂層厚度的高精度、快速檢測提供新的檢測方法。

技術領域

本發明涉及涂層的無損檢測技術，尤其涉及一種基于太赫茲的涂層厚度檢測方法和裝置。

背景技術

涂層的均勻性、完整性是保證涂層性能的關鍵，因此在涂層制備、使用、維護過程中都需要對其厚度等關鍵參數進行定量檢測。

目前在涂層厚度檢測方面，主要有“對比板”法、渦流法等。其中“對比板”法，通過制作標準基板，計算噴涂時間和噴涂量，估算涂層厚度，精度無法保證；渦流法只能檢測金屬材料或金屬基底上的非金屬材料，且只能檢測單層，無法滿足非金屬基底表面多層涂層檢測要求。太赫茲(THz)被是一種新型的用于航空航天特種涂層厚度檢測的技術。

目前利用太赫茲檢測涂層厚度多采用飛行時間法，需要提前預知材料的折射率，然后根據不同界面的反射回波之間的時間差來計算厚度信息，無法實現對不清楚折射率的涂層厚度的測量。

發明內容

本發明提供一種基于太赫茲的涂層厚度檢測方法和裝置，緩解了現有利用太赫茲檢測涂層厚度無法實現對不清楚折射率的涂層厚度的測量的問題。

本發明一方面提供一種基于太赫茲的涂層厚度檢測方法，采用反射式太赫茲時域光譜檢測系統，所述反射式太赫茲時域光譜檢測系統包括：發射探頭1、接收探頭2和弧形滑軌3，所述發射探頭1和所述接收探頭2設置在所述弧形滑軌3上，并沿所述弧形滑軌3滑動以調整發射角度和接收角度；所述方法包括：

獲取第一時長，所述第一時長為所述發射探頭1以預設角度θ向待測量試樣4的第一測量點發射第一太赫茲波，所述接收探頭2接收到第一回波的所需時長T_down0；所述第一測量點位于所述待測量試樣4上的第i層涂層表面；所述第一回波為所述第一太赫茲波在所述第一測量點處的反射回波；

獲取第二時長和第三時長，所述第二時長為所述發射探頭1以所述預設角度θ向所述待測量試樣4的第二測量點發射第二太赫茲波，所述接收探頭2接收到第二回波的所需時長T_up1；所述第三時長為所述接收探頭2接收到第三回波的所需時長T'_down0；所述第二測量點位于所述待測量試樣4上的第i+1層涂層表面，所述第i+1層涂層覆蓋所述第i層涂層；所述第二回波為所述第二太赫茲波在所述第二測量點處的反射回波；所述第三回波為所述第二太赫茲波在所述第i層涂層表面的反射回波；

根據第一時間差ΔT_i1和第二時間差ΔT_r1，采用如下所示公式(1)，獲取所述待測量試樣4上的第i+1層涂層的厚度d_i；

其中，n₀為空氣折射率，c為光速，sin(θ)表示求取所述預設角度θ的正弦值，ΔT_i1＝T′_down0-T_up1；i的取值為非負整數，當i為0時，所述第i層涂層表面為所述待測量試樣4的未涂涂層表面。

可選的，所述獲取所述待測量試樣4上的第i+1層涂層的厚度d_i之后，所述方法還包括：

根據所述第i+1層涂層的厚度d_i，采用如下所示公式(2)，獲取所述第i+1層涂層的折射率n_i+1；

可選的，所述發射探頭1和所述接收探頭2在所述弧形滑軌3的對稱軸兩側進行同步調整。