无勋检测

北京工、№夫学Ｔ学硕十学位论文

超卢测厚从原理上可分为共振法、脉冲反射法两种。

（一）共振法

用频率在一定范围内连续变换的正弦波电信号激励压电晶片时，晶片向试件

内所发射的声波其频率也是连续变化的。若试件厚度ｄ为声波半波长（ｔ／２）的整数倍，在试件内可形成驻波，试件产生共振，此时ｄ＝ｎ五／２＝ｎｃ以，；ｌ。

式中，ｎ为任意整数，当ｎ＝ｌ时．厶嘲称为基波频率。由公式可见，只要试件

的纵波速度己知，测出两个相邻的共振频率即可得知试件的厚度【１６】。但此法的应用需注意以下事项：

（１）试件相对两面应是平行的；

（２）当试件厚度变化超过２０％或声波半波长时，试件最薄处的ｎ次共振频率

可与最厚处的（ｎ＋１）共振频率重合，故不能测量；

（３）试件背面粗糙时，如经腐蚀过的，在整个频率范围内会产生弱的共振；

试件表面凹凸不平时会引起入射声束的散射，其影响比背面不平更甚；

（４）可测的最小厚度取决于所采用的频率，对于钢试件，超声频率为２０ＭＨｚ

时，可测厚度小至０．１３ｒａｍ，频率再提高会因衰减增大而难以形成共振；

由此可见，对于热喷涂涂层，其厚度多在微米量级且涂层上表面粗糙不平，

内部组织成分也不均匀，因此共振法并不适合。

（二）脉冲反射法（即脉冲回波法）

脉冲反射法的原理则是通过测量由换能器产生的超声短脉冲，经过材料厚度

从背面反射，再回到换能器所需的时间来进行的，试件的厚度可用如下的关系式表示：

万＝ｖｔ／２（２—１）

式中万表示试样厚度，ｖ表示声波在试样材料中的传播速度，ｆ表示测得的往返时间【１一

７１。

由声学传播特性可知，在传统超声测厚方法中，当ｈ／旯＜２（元为待测样品

的厚度，五为超声波波长）时，从待测试样上、下表面反射回来的大量信号将会产生混叠现象。因此脉冲反射法也受这个条件的限制，同时此方法的测厚准确度也受材料声衰减和表面粗糙度的影响较大【１８】。

脉冲反射法测量表面涂层厚度主要用于测量细晶结构的金属和非金属（如塑

料、玻璃和陶瓷）材料的厚度，不适合粗晶材料和复合材料厚度的测量。与其他超声测厚方法不同，脉冲反射法不受被测材料几何形状的限制，除了可测平面材料厚度外，还可以测量曲面材料的厚度【ｌ９１。

此外，超声无损测量涂层厚度的方法还有兰姆波法和表面波法。兰姆波法主

要用于测量超薄复合材料喷涂涂层的厚度，且表征精度的影响因素较多［２０】；表面波法受材料表面粗糙度和形状的影响较小，但成本高、操作复杂，因此不常用【２１１。由于实验室条件及课题所选试样的特点，本课题选用脉冲反射法并依据此法的原