基于模极大值的隐身涂层厚度原位测量方法、系统及设备技术方案

本发明专利技术公开了一种基于模极大值的隐身涂层厚度原位测量方法、系统及设备，S1、将超声耦合剂均匀涂抹在涂层试块基体的表面上；S2、设置参数后，超声探头在涂层试块基体的表面上缓慢移动进行扫查，并提取超声回波信号；S3、对提取的超声回波信号进行小波变换并求出小波变换模极大值的平均值，并由小波变换的幅值极大点获取超声回波信号的突变点；S4、根据获得的突变点，求出突变点的厚度值，并根据与涂层实际厚度的差值大小确定突变点处的涂层是否存在损伤，本发明专利技术通过超声检测系统、PC和显示器之间的配合，基于模极大值能够获得涂层缺陷位置，解决多界面薄层结构超声检测信号互相混叠，难以区分的问题。难以区分的问题。难以区分的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于模极大值的隐身涂层厚度原位测量方法、系统及设备

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[0001]本专利技术涉及航空无损检测领域，特别是涉及一种基于模极大值的隐身涂层厚度原位测量方法、系统及设备。

技术介绍
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[0002]随着美国F
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22和F
‑
35等隐身飞机先后问世，隐身性能已经成为衡量现代战机是否先进的重要指标。为了降低飞机的低可探测性，除通过结构设计，减小雷达散射面积，进而降低电磁波的反射，使雷达不易发现外，喷涂隐身涂层已成为提高飞机隐身性能的重要手段。然而，由于材料氧化、外物冲击碰撞等作用，隐身涂层在使用过程中，不可避免的会出现开裂、脱落、起泡、分层、脱粘等损伤，严重影响飞机的隐身性能和作战使用。研究表明，涂层损伤厚度4mm时，采用2Ghz信号对目标进行测试，其RCS增加3dB；涂层损伤厚度2mm情况下，采用8.75GHz信号进行测试，其RCS增加15dB，且涂层中出现裂纹对隐身性能影响更大。因此，采用适当的方法，检测出飞机隐身涂层损伤情况，对可能出现的损伤进行预判，是保证飞机隐身性能，提高隐身飞机作战能力的重要手段。
[0003]针对隐身涂层使用中出现的开裂、脱落、起泡等外部损伤，可通过目视检测的方法进行检测。而涂层内部出现的分层、脱粘等损伤，直接通过目视检测无法获取其损伤信息。并且由于涂层为多界面薄层结构，利用超声检测常规A扫波形信号进行检测，各界面反射回波会互相淹没，进而无法区分。

技术实现思路
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[0004]针对上述问题，本专利技术提出一种基于模极大值的隐身涂层厚度原位测量方法、系统及设备，旨在解决多界面薄层结构超声检测信号互相混叠，难以区分的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种技术方案是：一种基于模极大值的隐身涂层厚度原位测量方法，一种基于模极大值的隐身涂层厚度原位测量方法，其步骤是：
[0006]将超声耦合剂均匀涂抹在涂层试块基体的表面上；
[0007]设置参数后，超声探头在涂层试块基体的表面上缓慢移动进行扫查，并提取超声回波信号；
[0008]对提取的超声回波信号进行小波变换并求出小波变换模极大值的平均值，并由小波变换的幅值极大点获取超声回波信号的突变点；
[0009]根据获得的突变点，求出突变点的厚度值，并根据与涂层实际厚度的差值大小确定突变点处的涂层是否存在损伤。
[0010]进一步的，所述超声耦合剂为水或油，所述基体为钛合金基体或ZrO2陶瓷。
[0011]进一步的，所述设置参数包括：
[0012](1)、根据隐身涂层试块厚度设置检测范围，且检测范围设置应保证隐身涂层试块底波信号清晰显示；
[0013](2)、设置材料声速，且设置在3200～3500m/s；
[0014](3)、根据涂层界面反射回波幅度设置增益，且增益设置应保证涂层界面反射回波不低于80％；
[0015](4)、设置界面显示的起点位置，且起点位置设置应保证始波和底波能同时在显示屏上清晰显示，范围为0～100μs；
[0016](5)、设置超声探头零点为0，且其余参数采用超声检测系统自带参数。
[0017]进一步的，所述小波变换采用cgau8小波；
[0018]Cgau小波母函数：
[0019][0020]其Fourier变换是：
[0021][0022]易知ψ(x)满足可容许条件
[0023]Cgau连续小波函数为：
[0024][0025][0026]小波变换为：
[0027][0028]进一步的，所述获取超声回波信号的突变点的过程为：
[0029]当ψ(t)为某一光滑函数θ(t)的n阶倒数时，该光滑函数满足
[0030]且θ(t)＝0(1/(1+t2))
ꢀꢀꢀ
(6)
[0031]此时ψ(t)满足约束条件。
[0032]定义ψ1(t)和ψ2(t)是如下的小波变换
[0033]ψ1(t)＝dθ(t)/dt,ψ2(t)＝d2θ(t)/dt2ꢀꢀꢀ
(7)
[0034]记θ
m
＝θ(t/s)/s，则对于一个实函数f(t)∈L2(R)，有下面的小波变换
[0035][0036]可见和分别为正比于θ
m
(t)磨光后得到的函数的一阶导数和二阶导数；由数学分析可知，函数的一阶导数的极值点对应其二阶导数的零点，同时也是函数本身的拐点，且一阶导数绝对值的最大值对应函数的突变，而最小值(不等于0)则与函数的缓变相对应，因此，的幅值极大点对应于f(t)的突变点，的零点与f*θ(t)拐点相一致。
[0037]进一步的，所述突变点的厚度值的获取过程为：根据相邻两个峰值所对应的时间
获得超声回波信号发生突变的时间，统计两个峰值的时间差，并根据时间差求得超声波在涂层中的传播时间，用传播时间乘以涂层声速，再取1/2，得到突变点的涂层厚度。
[0038]为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种技术方案是：一种基于模极大值的隐身涂层厚度原位测量系统，其特征是：包括控制模块及与控制模块连接的超声检测模块和显示模块；其中，
[0039]超声检测模块：通过超声探头在涂层试块基体的表面上缓慢移动进行扫查，并提取超声回波信号；
[0040]控制模块：对提取的超声回波信号进行小波变换并求出小波变换模极大值的平均值，并由小波变换的幅值极大点获取超声回波信号的突变点；根据获得的突变点，求出突变点的厚度值，并根据与涂层实际厚度的差值大小确定突变点处的涂层是否存在损伤；
[0041]显示模块：对提取的超声回波信号、小波变换模极大值的平均值和损伤位置进行显示。
[0042]进一步的，所述超声回波信号提取时需要设置的参数包括：
[0043](1)、根据隐身涂层试块厚度设置检测范围，且检测范围设置应保证隐身涂层试块底波信号清晰显示；
[0044](2)、设置材料声速，且设置在3200～3500m/s；
[0045](3)、根据涂层界面反射回波幅度设置增益，且增益设置应保证涂层界面反射回波不低于80％；
[0046](4)、设置界面显示的起点位置，且起点位置设置应保证始波和底波能同时在显示屏上清晰显示，范围为0～100μs；
[0047](5)、设置超声探头零点为0，且其余参数采用自带参数。
[0048]为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种技术方案是：一种基于模极大值的隐身涂层厚度原位测量设备，其特征是：包括超声检测系统、PC和显示器，所述超声检测系统包括相互连接的脉冲信号接收器和超声探头，所述脉冲信号接收器与PC连接，所述PC与显示器连接。
[0049]进一步的，所述超声探头为发射和接收一体的纵波探头。
[0050]本专利技术的有益效果为：
[0051]将超声耦合剂均匀涂抹在涂层试块基体的表面上；设置参数后，超声探头在涂层试块基体的表面上缓慢移动进行扫查，并提取超声回波信号；对提取的超声本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模极大值的隐身涂层厚度原位测量方法，其步骤是：将超声耦合剂均匀涂抹在涂层试块基体的表面上；设置参数后，超声探头在涂层试块基体的表面上缓慢移动进行扫查，并提取超声回波信号；对提取的超声回波信号进行小波变换并求出小波变换模极大值的平均值，并由小波变换的幅值极大点获取超声回波信号的突变点；根据获得的突变点，求出突变点的厚度值，并根据与涂层实际厚度的差值大小确定突变点处的涂层是否存在损伤。2.根据权利要求1所述的一种基于模极大值的隐身涂层厚度原位测量方法，其特征是：所述超声耦合剂为水或油，所述基体为钛合金基体或ZrO2陶瓷。3.根据权利要求2所述的一种基于模极大值的隐身涂层厚度原位测量方法，其特征是：所述设置参数包括：(1)、根据隐身涂层试块厚度设置检测范围，且检测范围设置应保证隐身涂层试块底波信号清晰显示；(2)、设置材料声速，且设置在3200～3500m/s；(3)、根据涂层界面反射回波幅度设置增益，且增益设置应保证涂层界面反射回波不低于80％；(4)、设置界面显示的起点位置，且起点位置设置应保证始波和底波能同时在显示屏上清晰显示，范围为0～100μs；(5)、设置超声探头零点为0，且其余参数采用超声检测系统自带参数。4.根据权利要求3所述的一种基于模极大值的隐身涂层厚度原位测量方法，其特征是：所述小波变换采用cgau8小波；Cgau小波母函数：其Fourier变换是：易知ψ(x)满足可容许条件Cgau连续小波函数为：Cgau连续小波函数为：Cgau连续小波函数为：小波变换为：5.根据权利要求3所述的一种基于模极大值的隐身涂层厚度原位测量方法，其特征是：
所述获取超声回波信号的突变点的过程为：当ψ(t)为某一光滑函数θ(t)的n阶倒数时，该光滑函数满足此时ψ(t)满足约束条件；定义ψ1(t)和ψ2(t)是如下的小波变换ψ1(t)＝dθ(t)/dt,ψ2(t)＝d2θ(t)/dt2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)记θ
m
＝θ(t/s)/s，则对于一个实函数f(t)∈L2(R)，有下面的小波变换可见和分别为正比于θ
m
(t)磨光后得到的函数的一阶导数和二阶导数；由数学分析可知，函...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙法亮，郭孝欢，罗湘艳，雍霄驹，陈名华，王晓虎，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学航空机务士官学校，
类型：发明
国别省市：