基于太赫兹时域光谱系统的雷达吸波涂层测厚方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于太赫兹时域光谱系统的雷达吸波涂层测厚方法，属于涂层厚度检测技术领域，为非接触式测厚方法。本发明专利技术基于太赫兹反射波的测量原理，通过测量不同界面的垂直反射太赫兹信号的延迟时间，结合折射率参数，表征雷达吸波涂层的厚度。本发明专利技术可实现涂层厚度的非接触式测量，可用于湿涂层的厚度检测，通过本发明专利技术提供的方法测得的雷达吸波涂层厚度值与标准值吻合较好，且操作简单，测量精度高，适应性强，满足现场使用要求。满足现场使用要求。满足现场使用要求。

【技术实现步骤摘要】
基于太赫兹时域光谱系统的雷达吸波涂层测厚方法


[0001]本专利技术属于涂层厚度检测
，涉及一种基于太赫兹时域光谱系统的雷达吸波涂层测厚方法，为非接触式测厚方法。

技术介绍

[0002]隐身性能是现代战机的主要性能指标，雷达隐身是目前飞机隐身研究及应用的关键技术之一。雷达隐身材料主要通过吸收、衰减入射的电磁波，将其电磁能转换为热能而损耗掉或使其产生干涉相消，实现目标的雷达隐身性能。雷达吸波涂层由于操作简单、成本较低、隐身效果显著且对目标外形适应性强，成为现代战机使用最为广泛的一种隐身材料。隐身性能作为雷达吸波涂层的核心性能，实际应用过程中，有效控制涂层厚度是实现隐身效果的关键指标。涂层过薄，入射的电磁波不能被快速损耗吸收，吸波性能不满足指标要求，涂层过厚，不仅增加负荷重量，还会影响结合强度，降低涂层的机械性能，因此，工程应用中必须严格控制吸波涂层厚度。磁性吸波涂层是目前应用最广泛的雷达吸波材料，不同于传统防腐涂层，具备高导磁率，因此，传统的涡流测厚仪及磁性测厚仪不适用于吸波涂层的厚度测量。金相法由于测量成本高，且属于破坏性检测，不满足工程应用要求；超声测厚仪可用于吸波涂层的厚度测量，但由于其测量精度受表面粗糙度影响较大，且测量过程必须使用耦合剂，一定程度上限制了其工程应用，因此，急需一种新型雷达隐身涂层的测厚技术，实现工程应用中隐身涂层厚度高精、高效的非接触式测量。
[0003]太赫兹波具有穿透性强，抗干扰能力好，分辨率及安全性高，并可实现非接触式测量等独特的优点，是目前涂层厚度检测领域研究热点和前言科技。太赫兹时域光谱系统是将太赫兹时域信号进行傅立叶变换，得到样品脉冲强度和相位信息，经过分析和处理，获得被测样品的测量信息，其原理如图1(a)和图1(b)所示。国外对太赫兹技术的研究较早，洛克
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希德马丁公司利用太赫兹时域光谱系统实现了吸波涂层的厚度测量，但由于保密性，暂无该方面的详细报道。国内关于太赫兹测厚技术的研究仍处于起步阶段，专利CN108519059B公开了一种基于反射型太赫兹时域光谱技术实现热障涂层厚度检测的方法，文献船舶防护涂层厚度的太赫兹无损定量评估(船舶工程2017，39(2)，73
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79)中，涂婉丽等基于太赫兹波脉冲检测技术实现了船舶涂层厚度的定量分析，文献红外低发射率隐身涂层对太赫兹波的反射光谱研究(光谱学与光谱分析，2019，39(10)，3007
‑
3012)中，董海龙等分析了涂层厚度与入射角度对太赫兹波反射特性的影响。太赫兹测厚技术具有重要应用前景，利用太赫兹技术实现雷达吸波涂层厚度的非接触测量具有非常大的实用价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种基于太赫兹时域光谱系统的雷达吸波涂层测厚方法，该方法可实现涂层厚度的非接触式测量，可用于湿涂层的厚度检测，且操作简单，测量精度高，适应性强，满足现场使用要求。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种基于太赫兹时域光谱系统的雷达吸波涂层测厚方法，所述方法包括如下步骤：
[0007]步骤1，试样制备；采用厚度相同的若干2B06铝合金试样，该试样与飞机机身材料相同，对其表面进行硫酸阳极化处理后，对试样一侧表面喷涂雷达吸波涂层，每个试样喷涂厚度不同，厚度范围为0.25
±
0.05mm，试样未喷涂雷达吸波涂层的一面作为参考试样，试样喷涂有雷达吸波涂层的一面作为涂层试样；
[0008]步骤2，图像采集；选取步骤1中制备的某试样，利用反射式太赫兹时域光谱系统，垂直发射太赫兹脉冲信号至参考试样和涂层试样表面，分别提取参考试样信号时域光谱图和涂层试样信号时域光谱图，其中，向参考试样和涂层试样发射的太赫兹脉冲信号的频率相同；
[0009]步骤3，光谱分析；依据参考试样光谱图，提取基材表面太赫兹反射峰相位，对比分析涂层试样光谱图，提取涂层上、下表面界面反射峰的延迟时间及对应光程；
[0010]步骤4，涂层折射率确定；根据太赫兹波的传播理论，通过式(1)计算得到涂层折射率：
[0011][0012]式中，d表示被测涂层厚度，c表示真空中光速，Δt表示涂层上下界面脉冲反射时间差，n表示涂层折射率；
[0013]步骤5，厚度检测；垂直发射太赫兹脉冲信号至待测试样表面，其中，太赫兹脉冲信号频率与步骤2中相同，确定光谱图中涂层上下表面界面反射峰的时间延迟，带入式(1)，根据步骤4中计算得到的折射率值，得出待测试样涂层厚度值。
[0014]进一步的，所述方法使用的太赫兹信号频率范围为0.1THz～1.2THz，时域脉冲宽度在1ps左右，其发射和探测探头可根据测量需求调节光路。
[0015]进一步的，测量过程中，探头与试样表面距离为30mm，实现涂层厚度的非接触测量。
[0016]进一步的，所述方法可测量的雷达吸波涂层厚度范围为0.25
±
0.05mm。
[0017]该方法的原理是：太赫兹波是指频率在0.1～10THz的电磁波，其具有抗干扰强，分辨率及安全性高等特点；电磁波在介质中传播时，不同介质因为折射率的差异，界面处会发生反射，而反射回波的时间差与涂层厚度成线性关系，因此，通过涂层厚度的太赫兹脉冲光谱的时间延迟曲线，结合涂层折射率及光速即可得出涂层厚度。
[0018]本专利技术的有益效果：通过本专利技术提供的方法测得的雷达吸波涂层厚度值与标准值吻合较好，测量过程操作简单，设备适应性强，且对测量表面的要求较低。
附图说明
[0019]图1(a)为太赫兹涂层测厚技术原理图。
[0020]图1(b)为太赫兹涂层测厚技术原理光谱示意图。
[0021]图2(a)为参考试样不同入射角度的太赫兹反射光谱图。
[0022]图2(b)为图层试样不同入射角度的太赫兹反射光谱图。
具体实施方式
[0023]以下结合具体实施例对本专利技术做进一步说明。
[0024]实施例1
[0025]一种基于太赫兹时域光谱系统的雷达吸波涂层测厚方法，所述方法包括如下步骤：
[0026]步骤1，试样制备；采用厚度相同的若干2B06铝合金试样，该试样与飞机机身为相同材料，对其表面进行硫酸阳极化处理，此为参考试样，试样一侧表面喷涂雷达吸波涂层，每个试样喷涂厚度不同，厚度范围为0.25
±
0.05mm，未喷涂雷达吸波涂层的一面作为参考试样，喷涂有雷达吸波涂层的一面作为涂层试样；
[0027]步骤2，图像采集；采用涂层厚度为0.25mm的涂层试样，利用反射式时域光谱系统，分别垂直发射太赫兹脉冲信号至参考试样和涂层试样表面，提取参考试样时域光谱图和涂层试样信号时域光谱图，其中参考试样和涂层试样发射的太赫兹脉冲信号的频率相同；
[0028]步骤3，光谱分析；依据参考试样光谱图，提取基材表面太赫兹反射峰相位，对比分析涂层试样光谱图，获得0.25mm涂层试样上下表面反射峰的延迟时间为8.3ps，对应光程为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于太赫兹时域光谱系统的雷达吸波涂层测厚方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1，试样制备；采用厚度相同的若干2B06铝合金试样，该试样与飞机机身材料相同，对其表面进行硫酸阳极化处理后，对试样一侧表面喷涂雷达吸波涂层，每个试样喷涂厚度不同，厚度范围为0.25
±
0.05mm，试样未喷涂雷达吸波涂层的一面作为参考试样，试样喷涂有雷达吸波涂层的一面作为涂层试样；步骤2，图像采集；选取步骤1中制备的某试样，利用反射式太赫兹时域光谱系统，垂直发射太赫兹脉冲信号至参考试样和涂层试样表面，分别提取参考试样信号时域光谱图和涂层试样信号时域光谱图，其中，向参考试样和涂层试样发射的太赫兹脉冲信号的频率相同；步骤3，光谱分析；依据参考试样光谱图，提取基材表面太赫兹反射峰相位，对比分析涂层试样光谱图，提取涂层上、下表面界面反射峰的延迟时间及对应光程；步骤4，涂层折射率确定；根据太赫兹波的传播理论，通过式(1)计算得到涂层折射率：式中，d表...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁利娜，解二伟，殷世坤，张燕燕，刘艳梅，
申请(专利权)人：沈阳飞机工业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：