專利名稱：一種基于高斯回波模型測(cè)量薄層材料厚度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于掃描超聲波顯微鏡的薄層材料特性測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及一種基于高斯回波模型測(cè)量薄層材料厚度的方法。
背景技術(shù)：
通過超聲波探頭向目標(biāo)媒質(zhì)中發(fā)射超聲波，若目標(biāo)媒質(zhì)中存在界面反射，一段時(shí)間后超聲波探頭會(huì)接收到經(jīng)過界面反射的超聲波回波。接收到的回波信號(hào)中除了探頭發(fā)射的超聲波信號(hào)之外，更包含了超聲波傳播途徑中的各種相關(guān)信息，即媒質(zhì)的系統(tǒng)響應(yīng)。目前超聲波檢測(cè)手段廣泛應(yīng)用于厚度測(cè)量、深度剖析等方面，測(cè)量系統(tǒng)本身的測(cè)量精度主要取決于測(cè)量系統(tǒng)中超聲波探頭的中心頻率，采用的中心頻率越高，精度越高。而由于制造工藝水平等因素，超聲顯微精密測(cè)量的實(shí)現(xiàn)往往受限于超聲波探頭中心頻率所能達(dá)到的極限。此外，對(duì)于某些材料，超聲波傳播過程中存在明顯的散射與吸收而導(dǎo)致衰減現(xiàn)象，且頻率越高，衰減越嚴(yán)重，這進(jìn)一步限制了高頻超聲波探頭的應(yīng)用。因此，需要我們通過反卷積的手段獲得高于探頭頻率所限的分辨率。為提取媒質(zhì)的系統(tǒng)響應(yīng)，一般可以利用偽逆法，結(jié)合回波信號(hào)的功率譜等統(tǒng)計(jì)信息對(duì)其進(jìn)行維納濾波。然而，偽逆法往往對(duì)噪聲敏感，且精度仍然受限于測(cè)量系統(tǒng)本身的測(cè)量精度。本專利以建立描述系統(tǒng)響應(yīng)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于薄層材料厚度的精確測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是 克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于高斯回波模型測(cè)量薄層材料厚度的方法?；诟咚够夭Ｐ蜏y(cè)量薄層材料厚度的方法，采用掃描超聲波顯微鏡，掃描超聲波顯微鏡包括超聲波探頭(I)、三維直線電機(jī)(2)、導(dǎo)軌(3)、基體材料(4)、薄層材料(5)、水槽(6)、電機(jī)控制器(7)、超聲波發(fā)射接收器(8)、計(jì)算機(jī)(9)，水槽(6)底部放有基體材料(4)，基體材料(4)上設(shè)有薄層材料(5)，基體材料(4)上方設(shè)有超聲波探頭(I)，超聲波探頭(I)上端與三維直線電機(jī)(2)相連，導(dǎo)軌(3)上設(shè)有三維直線電機(jī)(2)，超聲波探頭(I)與超聲波發(fā)射接收器⑶相連，三維直線電機(jī)⑵與電機(jī)控制器(7)相連，計(jì)算機(jī)(9)分別與電機(jī)控制器(7)、超聲波發(fā)射接收器(8)相連；方法的步驟如下:I)將薄層材料(5)放置于基體材料⑷表面，并置于盛有水的水槽(6)中，開啟掃描超聲波顯微鏡；2)調(diào)節(jié)掃描超聲波顯微鏡的三維直線電機(jī)(2)的Y軸電機(jī)使超聲波探頭(I)位于基體材料⑷正上方，測(cè)量基體材料⑷表面的超聲波回波信號(hào)S1 (t)；3)建立高斯回波模型，
權(quán)利要求
1.一種基于高斯回波模型測(cè)量薄層材料厚度的方法，采用掃描超聲波顯微鏡，掃描超聲波顯微鏡包括超聲波探頭(I)、三維直線電機(jī)(2)、導(dǎo)軌(3)、基體材料(4)、薄層材料(5)、水槽(6)、電機(jī)控制器(7)、超聲波發(fā)射接收器(8)、計(jì)算機(jī)(9)，水槽(6)底部放有基體材料(4)，基體材料(4)上設(shè)有薄層材料(5)，基體材料(4)上方設(shè)有超聲波探頭(I)，超聲波探頭(I)上端與三維直線電機(jī)(2)固定，導(dǎo)軌(3)上設(shè)有三維直線電機(jī)(2)，超聲波探頭(I)與超聲波發(fā)射接收器⑶相連，三維直線電機(jī)⑵與電機(jī)控制器(7)相連，計(jì)算機(jī)(9)分別與電機(jī)控制器(7)、超聲波發(fā)射接收器(8)相連；其特征在于方法的步驟如下: 1)將薄層材料(5)放置于基體材料(4)表面,并置于盛有水的水槽(6)中，開啟掃描超聲波顯微鏡； 2)調(diào)節(jié)掃描超聲波顯微鏡的三維直線電機(jī)(2)的Y軸電機(jī)使超聲波探頭(I)位于基體材料(4)正上方，測(cè)量基體材料(4)表面的超聲波回波信號(hào)S1 (t)； 3)建立高斯回波模型，
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于高斯回波模型測(cè)量薄層材料厚度的方法。其步驟包括1)將薄層材料放置于基體材料表面，使超聲波探頭分別位于基體材料和薄層材料正上方，測(cè)得基體材料和薄層材料的超聲波回波信號(hào)s1(t)、s2(t)；2)利用高斯回波模型對(duì)基體材料回波信號(hào)s1(t)進(jìn)行迭代擬合，得到去除噪聲后的擬合信號(hào)h(t)；3)利用脈沖回波模型對(duì)薄層材料回波信號(hào)s2(t)進(jìn)行迭代擬合，得到擬合結(jié)果；4)選取薄層材料回波信號(hào)s2(t)擬合結(jié)果中的前兩項(xiàng)回波，兩項(xiàng)回波分別對(duì)應(yīng)的脈沖回波模型參數(shù)空間中抵達(dá)時(shí)間分量為τ1，τ2，已知薄層材料中超聲波傳播速度為c，則薄層材料的厚度D＝(τ2-τ1)·c/2。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄層材料厚度的測(cè)量，且可以獲得小于采樣間距的測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01N29/07GK103234494SQ201310121229
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者居冰峰, 孫澤青, 白小龍, 孫安玉 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)