一种基于阻抗坐标变换的热障涂层粘结层厚度测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于阻抗坐标变换的热障涂层粘结层厚度测量方法，其步骤包括：首先利用标准试件在阻抗坐标系上获取陶瓷层厚度和粘结层厚度变化方向的夹角，根据夹角将待测试件做第一次阻抗坐标变换得到其不受陶瓷层影响的阻抗坐标；然后，利用已建立好的粘结层厚度和阻抗相位之间的关系，计算粘结层厚度；进而，利用粘结层厚度与夹角之间的关系对夹角进行修正，做第二次阻抗坐标变换，最后计算出修正后的粘结层厚度；本发明专利技术应用阻抗坐标变换方法解决了当前热障涂层厚度测量中粘结层与陶瓷层信号难以解耦的问题，能够测量出粘结层厚度，极大提高了检测效率。极大提高了检测效率。极大提高了检测效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于阻抗坐标变换的热障涂层粘结层厚度测量方法


[0001]本专利技术涉及一种基于阻抗坐标变换的热障涂层粘结层厚度测量方法，属于常规涡流检测领域。

技术介绍

[0002]热障涂层由陶瓷层、粘结层和镍基高温合金基体组成，覆盖在航空发动机涡轮叶片上，用于提高涡轮叶片工作在高温、高压、高应力、高速等极其恶劣的环境下的安全性能和使用寿命。伴随着服役时间的增长，粘接层厚度和陶瓷层厚度都会减薄，并在高温下氧化产生氧化物，导致隔热性变差，更严重会导致陶瓷层的脱落，导致热障涂层失效。因此，热障涂层厚度的检测对监测航空发动机的健康状况及其寿命的预测具有十分重要的作用。
[0003]热障涂层两层涂层厚度信号相互影响，无法实现解耦。目前常规测厚方法只能实现一层涂层厚度在一定范围内，用来测量另一层厚度，后续处理步骤复杂；基于解析模型迭代的方法，测量厚度需要大量的样本数据，耗费时间较长，效率低下。
[0004]涡流无损检测技术具有灵敏度高、检测速度快、非接触等特点，可以用来作为热障涂层厚度测量的理想方法；该技术基于电磁感应原理，即通有正弦激励的激励线圈接近导体时，导体内部会感应出涡流，涡流形成的磁场会与原磁场相互影响，进而改变原有激励线圈的阻抗。将原有线圈的阻抗信号进行处理就可以得到我们所要测得的参数，如厚度、磁导率等。
[0005]目前国内外涂层厚度测量存在机械配置较高，涉及的算法相对比较复杂，且测量时存在两层涂层信号相互交叉影响等问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种热障涂层粘结层厚度涡流检测方法，能够克服现有涂层厚度测量机械配置高，涉及的算法比较复杂的问题，并且有比较好解耦陶瓷层厚度影响的效果。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是:一种基于阻抗坐标变换的热障涂层粘结层厚度测量方法，包括如下步骤:
[0008]一种基于阻抗坐标变换的热障涂层粘结层厚度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]第一步：制作四个标准试件M、N、P、L，其陶瓷层厚度为TC
M
、TC
N
、TC
P
、TC
L
，粘结层厚度分别为BC
M
、BC
N
、BC
P
、BC
L
；其中BC
M
＝BC
P
<BC
N
＝BC
L
，TC
M
＝TC
N
<TC
L
＝TC
P
；
[0010]第二步：将电涡流探头分别置于四个标准试件上方，应用阻抗分析仪检测标准试件的阻抗，测得它们的阻抗分别为：Z
M
＝R
M
+X
M
；Z
N
＝R
N
+X
N
；Z
P
＝R
P
+X
P
；Z
L
＝R
L
+X
L
；
[0011]第三步：测得探头在空气中的阻抗：Z0＝R0+X0，并将其作为基准，对第二步中四个标准试件的阻抗作差分处理：ΔZ
M
＝(R
M
‑
R0)+(X
M
‑
X0)，ΔZ
N
＝(R
N
‑
R0)+(X
N
‑
X0)，ΔZ
P
＝(R
P
‑
R0)+(X
P
‑
X0)，ΔZ
L
＝(R
L
‑
R0)+(X
L
‑
X0)，则差分阻抗的电阻分别为：ΔR
M
＝R
M
‑
R0，ΔR
N
＝R
N
‑
R0，
ΔR
P
＝R
P
‑
R0，ΔR
L
＝R
L
‑
R0；其电抗分别表示为：ΔX
M
＝X
M
‑
X0，ΔX
N
＝X
N
‑
X0，ΔX
P
＝X
P
‑
X0，ΔX
L
＝X
L
‑
X0；
[0012]第四步：根据标准试件M和N阻抗差的相位与粘结层厚度之间的线性关系，建立由阻抗差的相位求解粘结层厚度的模型；由第三步可知，标准试件M和N阻抗差的相位和粘结层厚度可以构建出阻抗相位
‑
粘结层厚度坐标系中的两个点A(BC
M
，|ΔX
M
/ΔR
M
|)，B(BC
N
，|ΔX
N
/ΔR
N
|)，由此得粘结层厚度和相位之间的线性模型如下：
[0013][0014][0015]其中BC表示粘结层厚度，k1为线性模型的斜率，为阻抗相位；
[0016]第五步：在阻抗坐标系中，四个标准试件分别对应M、N、P、L四个点，其中直线MN与NL的夹角为α，直线MN与MP的夹角为β，又夹角与粘结层厚度之间存在线性关系，因此构建出粘结层厚度
‑
夹角坐标系中的两个点C(BC
N
，α)，D(BC
M
，β)，进一步可以求出粘结层厚度和夹角之间的模型如下：
[0017][0018]θ＝k2(BC)+(α
‑
k2(BC
N
))
ꢀꢀꢀ
(4)
[0019]其中θ为夹角，k2为线性模型的斜率，BC表示粘结层厚度；
[0020]第六步：应用第二步方法，获取待测试件T的阻抗值，并进一步求得其差分阻抗值为ΔZ
T
＝ΔR
T
+ΔX
T
，在阻抗坐标系中对应T点，坐标为T(ΔR
T
，ΔX
T
)，过T点TT
′
∥NL交直线MN于T
′
(ΔR
T
′
，ΔX
T
′
)点，则直线MN与TT
′
夹角也为α；将T
′
的阻抗相位角|ΔX
T
′
/ΔR
T
′
|代入公式(2)中获得待测试件的粘结层厚度预估值BC
T
′
；
[0021]将BC
T
′
代入公式(4)中获得投影角度的修正角度α1。过T点TT
′
∥NL交直线MN于T
″
点，则直线MN本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于阻抗坐标变换的热障涂层粘结层厚度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：制作四个标准试件M、N、P、L，其陶瓷层厚度为TC
M
、TC
N
、TC
P
、TC
L
，粘结层厚度分别为BC
M
、BC
N
、BC
P
、BC
L
；其中BC
M
＝BC
P
<BC
N
＝BC
L
，TC
M
＝TC
N
<TC
L
＝TC
P
；第二步：将电涡流探头分别置于四个标准试件上方，应用阻抗分析仪检测标准试件的阻抗，测得它们的阻抗分别为：Z
M
＝R
M
+X
M
；Z
N
＝R
N
+X
N
；Z
P
＝R
P
+X
P
；Z
L
＝R
L
+X
L
；第三步：测得探头在空气中的阻抗：Z0＝R0+X0，并将其作为基准，对第二步中四个标准试件的阻抗作差分处理：ΔZ
M
＝(R
M
‑
R0)+(X
M
‑
X0)，ΔZ
N
＝(R
N
‑
R0)+(X
N
‑
X0)，ΔZ
P
＝(R
P
‑
R0)+(X
P
‑
X0)，ΔZ
L
＝(R
L
‑
R0)+(X
L
‑
X0)，则差分阻抗的电阻分别为：ΔR
M
＝R
M
‑
R0，ΔR
N
＝R
N
‑
R0，ΔR
P
＝R
P
‑
R0，ΔR
L
＝R
L
‑
R0；其电抗分别表示为：ΔX
M
＝X
M
‑
X0，ΔX
N
＝X
N
‑
X0，ΔX
P
＝X
P
‑
X0，ΔX
L

【专利技术属性】
技术研发人员：曹丙花，徐闯，范孟豹，吕珊珊，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：