实时检测薄膜裂纹间距的方法和装置制造方法及图纸

提供了一种实时检测薄膜裂纹间距的方法和装置。所述方法包括：准备至少两个由第一材料构成的基底，基底上形成有由第二材料构成的薄膜；将至少一个基底选作标准试样，其余基底选作待测试样；对标准试样执行第一加载并采集第一声发射信号和第一裂纹间距；基于第一声发射信号和第一裂纹间距生成预估模型；对待测试样执行第二加载并采集第二声发射信号；基于预估模型对第二声发射信号进行实时分析以获得待测试样的薄膜的预估裂纹间距，其中，第二加载的类型与第一加载的类型相同，薄膜的断裂韧性小于基底的断裂韧性。性小于基底的断裂韧性。性小于基底的断裂韧性。

【技术实现步骤摘要】
实时检测薄膜裂纹间距的方法和装置


[0001]本申请涉及一种实时检测薄膜裂纹间距的方法以及采用该方法实施检测薄膜裂纹间距的装置。

技术介绍

[0002]对于材料表面以及内部裂纹间距的检测，绝大部分是采用图像识别的方式。
[0003]声发射技术大量用于检测材料的断裂行为，包括裂纹形成与扩展。然而，在现有技术中，通过声发射技术进行检测裂纹只能是定性或者很粗略地定量评估裂纹对试样的损伤情况。
[0004]此外，对于薄膜材料，由于往往和基底材料相绑定，导致基底的声发射信号往往与薄膜的声发射信号相互耦合。因此，排除基底的影响成为薄膜性能表征所面临的一大难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种实时检测薄膜裂纹间距的方法和装置，更具体地，涉及一种基于声发射技术的实时检测薄膜裂纹间距的方法和装置。
[0006]本专利技术提供了一种实时检测薄膜裂纹间距的方法，所述方法包括：准备至少两个由第一材料构成的基底，基底上形成有由第二材料构成的薄膜；将至少一个基底选作标准试样，其余基底选作待测试样；对标准试样执行第一加载并采集第一声发射信号和第一裂纹间距；基于第一声发射信号和第一裂纹间距生成预估模型；对待测试样执行第二加载并采集第二声发射信号；基于预估模型对第二声发射信号进行实时分析以获得待测试样的薄膜的预估裂纹间距，其中，第二加载的类型与第一加载的类型相同，薄膜的断裂韧性小于基底的断裂韧性。
[0007]可选地，基于第一声发射信号和第一裂纹间距生成预估模型的步骤包括：从第一声发射信号中选择特定时段的声发射信号作为特征信号；对特征信号进行小波包分解以确定用于表征裂纹产生的特征频段；基于特征频段对第一声发射信号进行滤波；统计经滤波后的第一声发射信号中的撞击数；以及基于撞击数和第一裂纹间距拟合预估模型。
[0008]可选地，对特征信号进行小波包分解以确定用于表征裂纹产生的特征频段的步骤包括：根据分解层数对特征信号进行小波包分解；对分解后的信号进行重构以将特征信号划分为多个频段；计算与多个频段中的每个频段对应的多个能量特征系数，其中，能量特征系数为特征信号的每个频段的能量与特征信号的总能量的比值；以及将多个能量特征系数中最大的能量特征系数对应的频段选作特征频段。
[0009]可选地，预估模型由下式来限定，y＝ax
b
，其中，y为第一裂纹间距，x为撞击数，a和b为预估模型的参数。
[0010]可选地，从第一声发射信号中选择特定时段的声发射信号作为特征信号的步骤包括：从第一声发射信号中，选定应变范围为2％
‑
4％，幅度为大于等于30mV，时间窗口为600μs的信号作为特征信号。
[0011]可选地，第一材料为延性材料，第二材料为脆性材料，其中，薄膜的断裂韧性小于等于基底的断裂韧性的1/10，并且基底的弹性变形范围大于0.1％。
[0012]可选地，第一材料为钛合金、弹簧钢、马氏体钢、镍中的至少一种，第二材料为TiN、CrN、TiAlN和Ni
‑
P中的至少一种。
[0013]本专利技术还提供了一种实时检测薄膜裂纹间距的装置，所述装置包括：试样准备单元，准备至少两个由第一材料构成的基底，基底上形成有由第二材料构成的薄膜，并且将至少一个基底选作标准试样，其余基底选作待测试样；第一加载单元，对标准试样执行第一加载并采集第一声发射信号和第一裂纹间距；模型生成单元，基于第一声发射信号和第一裂纹间距生成预估模型；第二加载单元，对待测试样执行第二加载并采集第二声发射信号；检测单元，基于预估模型对第二声发射信号进行实时分析以获得待测试样的薄膜的预估裂纹间距，其中，第二加载的类型与第一加载的类型相同，薄膜的断裂韧性小于基底的断裂韧性。
[0014]可选地，模型生成单元被配置为执行以下步骤：从第一声发射信号中选择特定时段的声发射信号作为特征信号；对特征信号进行小波包分解以确定用于表征裂纹产生的特征频段；基于特征频段对第一声发射信号进行滤波；统计经滤波后的第一声发射信号中的撞击数；以及基于撞击数和第一裂纹间距拟合预估模型。
[0015]可选地，模型生成单元还被配置为：根据分解层数对特征信号进行小波包分解；对分解后的信号进行重构以将特征信号划分为多个频段；计算与多个频段中的每个频段对应的多个能量特征系数，其中，能量特征系数为特征信号的每个频段的能量与特征信号的总能量的比值；以及将多个能量特征系数中最大的能量特征系数对应的频段选作特征频段。
[0016]可选地，预估模型由下式来限定，y＝ax
b
，其中，y为第一裂纹间距，x为撞击数，a和b为预估模型的参数。
[0017]可选地，从第一声发射信号中选择特定时段的声发射信号作为特征信号的步骤包括：从第一声发射信号中，选定应变范围为2％
‑
4％，幅度为大于等于30mV，时间窗口为600μs的信号作为特征信号。
[0018]可选地，第一材料为延性材料，第二材料为脆性材料，其中，薄膜的断裂韧性小于等于基底的断裂韧性的1/10，并且基底的弹性变形范围大于0.1％。
[0019]可选地，第一材料为钛合金、弹簧钢、马氏体钢、镍中的至少一种，第二材料为TiN、CrN、TiAlN和Ni
‑
P中的至少一种。
[0020]根据本专利技术的一个或多个方面，本专利技术提供了一种实时检测裂纹间距的方法和装置。与传统的检测方法和/或装置相比，本专利技术提供的裂纹间距检测方法够快速检测加载过程中形成的多条裂纹间的间距。与通过光学显微镜或者扫描电子显微镜在加载后拍摄实际试样表面的裂纹形貌图来计量裂纹间距这种后处理方式不同，本专利技术提供的方法能够实现针对一次性出现的大量裂纹进行实时检测。
附图说明
[0021]通过以下结合附图的详细描述，本专利技术的以上和其它方面、特征和优点将被更清楚地理解，在附图中：
[0022]图1是根据本专利技术的示例实施例的实时检测薄膜裂纹间距的方法的流程图；
[0023]图2是根据本专利技术的示例实施例的标准试样的示意图；
[0024]图3是对标准试样施加第一加载的示意图；
[0025]图4是执行基于第一声发射信号和第一裂纹间距生成预估模型的流程图；
[0026]图5是对待测试样执行第二加载的示意图；
[0027]图6是对标准试样执行第一加载所产生的声发射信号的波形图；
[0028]图7是图6中B部分的放大图；
[0029]图8是根据本专利技术的示例实施例的裂纹特征系数的示意图；
[0030]图9是根据本专利技术的示例实施例的拟合预估模型的示意图；以及
[0031]图10是根据本专利技术的示例实施例的实时检测薄膜裂纹间距的装置的框图。
具体实施方式
[0032]提供以下具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，对于本领域普通技术人员在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、变型和等同物将是显而易见的。例如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实时检测薄膜裂纹间距的方法，其特征在于，所述方法包括：准备至少两个由第一材料构成的基底，所述基底上形成有由第二材料构成的薄膜；将至少一个基底选作标准试样，其余基底选作待测试样；对所述标准试样执行第一加载并采集第一声发射信号和第一裂纹间距；基于所述第一声发射信号和所述第一裂纹间距生成预估模型；对所述待测试样执行第二加载并采集第二声发射信号；以及基于所述预估模型对第二声发射信号进行实时分析以获得所述待测试样的薄膜的预估裂纹间距，其中，所述第二加载的类型与所述第一加载的类型相同，所述薄膜的断裂韧性小于所述基底的断裂韧性。2.根据权利要求1所述的方法，所述基于所述第一声发射信号和所述第一裂纹间距生成预估模型的步骤包括：从所述第一声发射信号中选择特定时段的声发射信号作为特征信号；对所述特征信号进行小波包分解以确定用于表征裂纹产生的特征频段；基于所述特征频段对所述第一声发射信号进行滤波；统计经滤波后的第一声发射信号中的撞击数；以及基于所述撞击数和所述第一裂纹间距拟合所述预估模型。3.根据权利要求2所述的方法，所述对所述特征信号进行小波包分解以确定用于表征裂纹产生的特征频段的步骤包括：根据分解层数对所述特征信号进行小波包分解；对分解后的信号进行重构以将所述特征信号划分为多个频段；计算与多个频段中的每个频段对应的多个能量特征系数，其中，能量特征系数为所述特征信号的每个频段的能量与所述特征信号的总能量的比值；以及将多个能量特征系数中最大的能量特征系数对应的频段选作所述特征频段。4.根据权利要求2所述的方法，所述预估模型由下式来限定，y＝ax
b
其中，y为所述第一裂纹间距，x为所述撞击数，a和b为所述预估模型的参数。5.根据权利要求2所述的方法，所述从所述第一声发射信号中选择特定时段的声发射信号作为特征信号的步骤包括：从所述第一声发射信号中，选定应变范围为2％
‑
4％，幅度为大于等于30mV，时间窗口为600μs的信号作为所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞晓露，吴绍禹，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：