公开了一种通过超声波换能器(100)确定多层结构(200)中测量中间层(220)特性的方法，其中，多层结构(200)包括依次抵接的第一层(210)、测量中间层(220)以及第三层(230)。该方法包括：朝所述测量中间层(220)的方向，向所述第一层(210)内发射测量超声波信号；对从多层结构(200)返回的所述测量超声波信号的测量反射信号进行测量；利用所述测量反射信号，确定测量中间层(220)的实测频率响应；确定测量中间层(220)的多个模型化频率响应；将所述实测频率响应与所述多个模型化频率响应相比较；以及根据所述实测频率响应与所述多个模型化频率响应的比较结果，确定测量中间层(220)的特性。性。性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】确定中间层特性的方法和装置
[0001]本专利技术涉及通过使用超声波技术确定结构内材料特性的方法和装置。本专利技术尤其涉及一种确定多层结构内中间层厚度的方法。
技术介绍
[0002]多层结构可存在于各种各样不同的装置、组合体或构造中。出于多种原因，了解多层结构的内部布置状况可能具有重要作用，例如，其有可能会影响装置的设计、构造、操作或分析。多层结构可包括在装置正常使用时无法直接触及的一个或多个中间层。在此类情形中，可利用方法和装置对结构的内部进行测量。此类测量例如包括电学测量、光学或其他电磁学测量、或超声波测量。超声波测量可通过换能器进行。换能器为一种将电信号转换为超声波信号且能够将所接收的超声波信号转换为电信号的装置。
[0003]超声波换能器一般通过压电技术实现，其中，压电元件可用作发射器、接收器或收发器。在发射器情形中，压电元件设于标靶上，并通过电激发使得超声波通过换能器进入标靶。在接收器情形中，压电元件接收超声波，并将该回波转换成可由合适技术分析的电信号。在收发器情形中，压电元件既能发射超声波，也能接收超声波。
[0004]例如，换能器可将电信号转换为超声波信号；将该超声波信号发射至多层结构；接收反射信号；并将该反射信号转换成电信号。反射信号可含有其已传播通过且将其反射而回的结构的信息，该信息可通过合适的技术进行分析。
[0005]目前，存在多种多层结构探询技术。这些技术包括如B.Praher和G.Steinbichler在题为《基于超声波的液层厚度测量：一种新的时域方法》一文中所述，通过将时域测量值与测量模型进行比较而确定层厚的方法。另一种技术见R.S，Dwyer
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Joyce、B.W.Drinkwater及C.J.Donohoe的《通过超声波测量润滑膜厚度》一文。然而，每种此类技术均存在缺点，例如，时域信号的建模较为复杂且/或准确度可能不高，使用单项技术时的可测厚度范围有限；或者必须对多层结构所有了解才能使用方法，或者方法的使用局限于所应用的多层结构。
[0006]本专利技术旨在提供一种确定多层结构内中间层特性的改进方法和装置。
技术实现思路
[0007]本专利技术提供一种根据下附权利要求确定多层结构内中间层特性的方法和装置。
[0008]下文中公开一种以超声波换能器确定多层结构中测量中间层特性的方法，其中，所述多层结构包括依次抵接的第一层、测量中间层以及第三层。该方法包括：朝所述测量中间层的方向，向所述第一层内发射一测量超声波信号；对从所述多层结构返回的所述测量超声波信号的测量反射信号进行测量；利用所述测量反射信号，确定所述测量中间层的实测频率响应；确定所述测量中间层的多个模型化频率响应；将所述实测频率响应与所述多个模型化频率响应相比较；以及根据所述实测频率响应与所述多个模型化频率响应的比较结果，确定所述测量中间层的特性。
[0009]根据该方法，所述多个模型化频率响应可由模型频率响应的多个值提供。
[0010]该方法可进一步包括：在参比结构内生成参比超声波信号，所述参比结构包括参比第一层和参比中间层；以及对参比结构内的所述参比超声波信号的参比反射信号进行测量。其中，可进一步根据所述参比反射信号，确定所述中间层的实测频率响应。
[0011]根据该方法，所述参比超声波信号可与所述测量超声波信号相同。
[0012]根据该方法，所述参比中间层可具有正面和背面，所述正面供接收所述参比超声波信号，其中，所述参比反射信号不含来自所述参比中间层背面的反射分量。
[0013]根据该方法，所述参比第一层和测量第一层可包括相同材料和厚度，所述参比中间层和测量中间层可包括相同材料，所述参比信号在参比中间层内的传播时间大于该参比信号在参比第一层内的持续时间。
[0014]该方法可进一步包括：在发送所述参比信号之前，增大第三层和第一层之间的间隔，以增大所述测量中间层的厚度，从而实现所述参比结构。
[0015]根据该方法，在实施频域变换之前，可对所述测量反射信号和参比反射信号进行滤波。
[0016]根据该方法，所述滤波包括相匹配的滤波技术。
[0017]根据该方法，所述相匹配的滤波技术包括：计算所述参比反射信号的自相关度；以及计算该参比反射信号与所述测量反射信号的互相关度。
[0018]根据该方法，确定所述实测频率响应可包括：计算所述自相关度和互相关度的频域变换结果；以及以所述自相关度的频率变换结果除所述互相关度的频率变换结果。
[0019]根据该方法，所述频域变换可以为傅立叶变换。
[0020]该方法可进一步包括：以所述实测频率响应计算归一化有效实测界面响应；以及以所述模型频率响应确定归一化有效模型界面响应。将所述实测频率响应与所述模型频率响应相比较可包括：将所述归一化有效实测界面响应与所述归一化有效模型界面响应相比较。
[0021]根据该方法，将所述实测频率响应与所述多个模型化频率响应相比较可包括：将所述实测频率响应的相位与所述多个模型化频率响应相比较。
[0022]该方法可进一步包括：根据所述参比反射信号，确定回波窗口；以及利用所述回波窗口，确定所述测量反射信号的长度。
[0023]该方法可进一步包括：将所述测量反射信号修整至所述回波窗口的长度，其中，修整起点为所述参比反射信号的起点。
[0024]根据该方法，所述测量超声波信号可以为脉冲信号。
[0025]根据该方法，所述测量中间层的厚度可介于0.2μm和10mm之间。
[0026]根据该方法，所述测量信号的频率可介于20kHz和100MHz之间。
[0027]根据该方法，所述特性可以为所述测量中间层的厚度或该测量中间层的物质。
[0028]该方法可进一步包括：在所述多层结构的第一层上安装超声波换能器。
[0029]该方法可进一步包括：在朝所述测量中间层的方向，向所述第一层内发射一测量超声波信号之前，在所述多层结构上安装换能器。
[0030]此外，还公开一种以超声波换能器确定多层结构中测量中间层特性的装置，包括：用于执行上述方法的至少一个控制器。
附图说明
[0031]以下，参比附图，仅以举例方式对本专利技术进行说明。附图中：
[0032]图1为装于多层结构内的换能器剖视示意图；
[0033]图2为换能器基本构成部件的示意图；
[0034]图3所示为信号在多层系统内透射和反射的代表性时间线；
[0035]图4(a)为参比反射信号例示波形图；
[0036]图4(b)为含主反射和次反射的反射信号例示波形图；
[0037]图4(c)为含交叠主反射和次反射的反射信号例示波形图；
[0038]图4(d)为含交叠主反射和次反射的反射信号例示波形图；
[0039]图5为对传播于多层结构内的信号施加作用的不同元件的频率响应系统框图；
[0040]图6为参比结构上的换能器剖视示意图；
[0041]图7为本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种通过超声波换能器确定多层结构中的测量中间层的特性的方法，其中，所述多层结构包括依次抵接的第一层、测量中间层以及第三层，其特征在于，所述方法包括：朝所述测量中间层的方向，向所述第一层内发射一测量超声波信号；对从所述多层结构返回的所述测量超声波信号的一测量反射进行测量；通过所述测量反射，确定所述测量中间层的实测频率响应；确定所述测量中间层的多个模型化频率响应；将所述实测频率响应与所述多个模型化频率响应进行比较；以及根据所述实测频率响应与所述多个模型化频率响应的比较结果，确定所述测量中间层的特性。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个模型化频率响应由模型频率响应的多个值提供。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在一参比结构内生成一参比超声波信号，所述参比结构包括一参比第一层和一参比中间层；以及对参比结构的所述参比超声波信号的参比反射进行测量，其中，进一步根据所述参比反射，确定所述中间层的实测频率响应。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述参比超声波信号与所述测量超声波信号相同。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述参比中间层具有正面和背面，所述正面用于接收所述参比超声波信号，所述参比反射不包括来自所述参比中间层的所述背面的反射。6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述参比第一层和所述测量第一层包括相同的材料和厚度，所述参比中间层和所述测量中间层包括相同的材料，所述参比信号在所述参比中间层内的传播时间大于所述参比信号在所述参比第一层内的持续时间。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：在发送所述参比信号之前，增大所述第三层和所述第一层之间的间隔，以增大所述测量中间层的厚度，以提供所述参比结构。8.根据权利要求3至7中任一项所述的方法，其特征在于，在实施频域变换之前，对所述测量反射和所述参比反射进行滤波。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述滤波包括匹配滤波技术。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述匹配滤波技术包括：计算所述参比反射的自相关度；以及计算所述参比反射与所述测量反射的互相关度。11.根据权利要求3至10中任一项所述的方法，其特征在于，确定所述实测频率响应包括：计算所述自相关度和所述互相关度的频域变换结果；以及以所述自相关度的频率变换结果除所述互相关度的频率变换结果。12.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普，
申请(专利权)人：齐保索尼克斯有限公司，
类型：发明
国别省市：
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