一種基于趨膚效應(yīng)的樣品表面覆膜無(wú)損檢測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鍍膜檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于趨膚效應(yīng)的樣品表面覆膜的無(wú) 損檢測(cè)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬表面覆膜是改善其化學(xué)、力學(xué)、電學(xué)等性能的重要方法。其中鋼鐵等鐵磁性材 料表面鍍非鐵磁性金屬如鋅、鉻、錫、銅、鋁等可用于改善抗腐蝕性能、延長(zhǎng)使用壽命、改善 裝飾效果、降低產(chǎn)品成本、提高導(dǎo)電性能、改善焊接性能、改善元件間的力學(xué)熱學(xué)參數(shù)的匹 配等方面有廣泛的重要應(yīng)用。因此鍍膜厚度和質(zhì)量可能關(guān)系到產(chǎn)品性能、成本、使用壽命、 甚至產(chǎn)品安全。如何準(zhǔn)確可靠地測(cè)量鍍膜厚度和品質(zhì)有重要意義。
[0003] 常規(guī)的鍍膜厚度檢測(cè)方法主要有：稱重法、電量法、金相顯微法、磁場(chǎng)法、磁力法、 電磁感應(yīng)法、渦流法、X射線法、β射線法、電子顯微法、B超法、化學(xué)法等等，這些方法都是樣 品局部分析法，有些還是有損檢測(cè)法，誤差也較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于趨膚效應(yīng) 的樣品表面覆膜的無(wú)損檢測(cè)方法及系統(tǒng)。適合于檢測(cè)鐵磁質(zhì)基體表面非鐵磁質(zhì)鍍膜，或非 鐵磁質(zhì)基體表面的鐵磁質(zhì)鍍膜的檢測(cè)。
[0005] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：
[0006] 依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于趨膚效應(yīng)的樣品表面覆膜的無(wú)損檢測(cè)方 法，包括如下步驟：
[0007] 步驟1:采用頻率可變的交流信號(hào)作用于待測(cè)樣品的兩端；
[0008] 步驟2:逐漸增加所述交流信號(hào)的頻率，并檢測(cè)不同頻率的交流信號(hào)對(duì)應(yīng)的所述待 測(cè)樣品兩端的電阻或電壓，并進(jìn)行曲線繪制獲取所述待測(cè)樣品的電阻-頻率曲線或電壓-頻 率曲線；
[0009] 步驟3:根據(jù)所述待測(cè)樣品的電阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線分析待測(cè)樣品的電 阻變化量或待測(cè)樣品兩端電壓變化量隨頻率變化的規(guī)律，并計(jì)算或表?yè)P(yáng)對(duì)比得到待測(cè)樣品 覆膜的厚度dx。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的一種基于趨膚效應(yīng)的樣品表面覆膜的無(wú)損檢測(cè)方 法，可以對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行整體測(cè)量，檢測(cè)靈敏度較高，并且可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量，檢測(cè)效率 較高。另外，由于趨膚效應(yīng)，高頻時(shí)對(duì)材料表面的缺陷對(duì)高頻信號(hào)更敏感，通過(guò)改變交流信 號(hào)的頻率還可以獲取鍍膜表面缺陷及裂紋深度分布信息。
[0011] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)：
[0012] 進(jìn)一步:所述步驟1中，所述交流信號(hào)的頻率變化范圍為Ι0Hz-ΙΟΟΜΗζ。
[0013] 上述進(jìn)一步方案的有益效果是:所述交流信號(hào)的選取與待測(cè)樣品表面覆膜的厚度 有關(guān)，待測(cè)樣品表面覆膜越薄，對(duì)應(yīng)需要的所述交流信號(hào)的頻率越高。上述頻率范圍的交流 信號(hào)基本可以覆蓋常見(jiàn)樣品表面覆膜的厚度檢測(cè)。進(jìn)一步:所述步驟3中，計(jì)算待測(cè)樣品覆 膜的厚度dx的具體實(shí)現(xiàn)為：
[0014]步驟31a:判斷所述電阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，并讀取轉(zhuǎn)折點(diǎn)處電 阻或電壓對(duì)應(yīng)的特征頻率fo;
[0015]步驟32a:根據(jù)所述特征頻率fo計(jì)算出趨膚深度do;
[0016] 步驟33a:根據(jù)所述趨膚深度do計(jì)算待測(cè)樣品覆膜的厚度dx。
[0017] 上述進(jìn)一步方案的有益效果是:通過(guò)判斷所述電阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線的 轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可以獲取特征頻率f〇,然后根據(jù)特征頻率fo計(jì)算出趨膚深度do和待測(cè)樣品覆膜的厚 度d x。
[0018] 進(jìn)一步:所述步驟31a中判斷所述電阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)的具 體過(guò)程為:按照如下公式計(jì)算所述電阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線上相鄰兩點(diǎn)的斜率k，如 果某一頻點(diǎn)η處的斜率1^相對(duì)上一點(diǎn)變化大于100%，則該頻點(diǎn)即為轉(zhuǎn)接點(diǎn)，且該頻點(diǎn)處的 對(duì)應(yīng)的頻率f i即為特征頻率fo ;
[0019]
[0020] 其中，心為1頻點(diǎn)處測(cè)得的電阻值，Rh為i-1頻點(diǎn)處測(cè)得的電阻值，1為1頻點(diǎn)處測(cè) 得的電壓值，Vh為i -1頻點(diǎn)處測(cè)得的電壓值，fi為i測(cè)試點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的檢測(cè)頻率，f Η為i -1測(cè) 試點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的檢測(cè)頻率。
[0021] 上述進(jìn)一步方案的有益效果是：由于只有當(dāng)交流信號(hào)的頻率上升到一定值后，趨 膚深度do與材料表面覆膜厚度相當(dāng)或更淺時(shí)，電阻或電壓隨頻率的變化速度將會(huì)產(chǎn)生明顯 變化，即轉(zhuǎn)折點(diǎn)所在位置，此時(shí)，交流信號(hào)的頻率即為特征頻率fo。通過(guò)特征頻率fo即可計(jì)算 出趨膚深度do和覆膜厚度d x。
[0022] 進(jìn)一步:所述步驟32a中按照如下公式計(jì)算趨膚深度do:
[0023]
[0024] 其中，yr為待測(cè)樣品高頻弱激勵(lì)時(shí)的相對(duì)磁導(dǎo)率，〇為樣品的電導(dǎo)率，f為交流信號(hào) 的頻率，當(dāng)f取特征頻率f 0時(shí)，即可計(jì)算出特征頻率f 0下對(duì)應(yīng)的趨膚深度do。
[0025] 上述進(jìn)一步方案的有益效果是:通過(guò)上述計(jì)算公式可以直接通過(guò)交流信號(hào)的頻率 計(jì)算出特征頻率f 0下對(duì)應(yīng)的趨膚深度do
[0026] 進(jìn)一步:所述步驟33a中計(jì)算待測(cè)樣品覆膜的厚度dx的樣品實(shí)現(xiàn)為:假定趨膚深度 do遠(yuǎn)小于待測(cè)樣品的半徑r，且待測(cè)樣品表面覆膜的厚度dx遠(yuǎn)小于趨膚深度do,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，所 述樣品覆膜的厚度d x=0. ldo,即可計(jì)算出樣品覆膜的厚度dx。
[0027]上述進(jìn)一步方案的有益效果是:通過(guò)上述公式可以由趨膚深度do直接計(jì)算出待測(cè) 樣品表面覆膜的厚度dx。
[0028] 進(jìn)一步:所述步驟3中，標(biāo)樣對(duì)比獲取待測(cè)樣品覆膜的厚度dx的具體實(shí)現(xiàn)為：
[0029] 步驟31b:在同一測(cè)量條件下將不同已知覆膜厚度的標(biāo)樣進(jìn)行所述步驟1和步驟2 的測(cè)量，得到系列標(biāo)樣的電阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線；
[0030] 步驟32b:將所述待測(cè)樣品的電阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線與系列標(biāo)樣的電阻- 頻率曲線或電壓-頻率曲線對(duì)應(yīng)比對(duì)，得到待測(cè)樣品表面覆膜的厚度dx。
[0031] 上述進(jìn)一步方案的有益效果是:通過(guò)上述標(biāo)樣對(duì)比法將已知厚度的不同標(biāo)樣的電 阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線與待測(cè)樣品的電阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線對(duì)應(yīng)比對(duì)，比 較方便的得到待測(cè)樣品表面覆膜的厚度d x，并且可以通過(guò)控制相鄰厚度的標(biāo)樣之間的間隔 控制待測(cè)樣品表面覆膜的厚度dx的精度。
[0032] 進(jìn)一步:所述步驟3后還包括：
[0033]步驟4:根據(jù)待測(cè)樣品的電阻變化量或待測(cè)樣品兩端的電壓變化量隨頻率變化的 規(guī)律判斷待測(cè)樣品表面覆膜的損傷程度。
[0034]進(jìn)一步:所述步驟4的具體實(shí)現(xiàn)為：
[0035]步驟41:在同一測(cè)量條件下將與待測(cè)樣品表面覆膜厚度相同的系列品質(zhì)標(biāo)樣進(jìn)行 所述步驟1和步驟2的測(cè)量，得到系列品質(zhì)標(biāo)樣的電阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線，其中系 列品質(zhì)標(biāo)樣的損傷程度各不相同；
[0036] 步驟42:根據(jù)系列品質(zhì)標(biāo)樣的電阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線分析系列品質(zhì)標(biāo)樣 的電阻變化量或電壓變化量隨頻率變化的規(guī)律；
[0037] 步驟43:將待測(cè)樣品與系列品質(zhì)標(biāo)樣的電阻變化量或電壓變化量隨頻率變化的規(guī) 律對(duì)應(yīng)比對(duì)，并采用電阻變化量或電壓變化量隨頻率變化的規(guī)律來(lái)表征待測(cè)樣品的損傷程 度。
[0038] 上述進(jìn)一步方案的有益效果是：由于趨膚效應(yīng)，當(dāng)待測(cè)樣品材料表面有裂紋等缺 陷時(shí)，待測(cè)樣品材料表面對(duì)高頻的交流信號(hào)更加敏感，這在電阻-頻率曲線或者電壓-頻率 曲線上表現(xiàn)的非常明顯，所以通過(guò)待測(cè)樣品的電阻變化量或待測(cè)樣品兩端的電壓變化量隨 頻率變化的規(guī)律即可比較方便的判斷出待測(cè)樣品表面覆膜的損傷程度。
[0039] 依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種基于趨膚效應(yīng)的樣品表面覆膜的無(wú)損檢 測(cè)系統(tǒng)，包括信號(hào)源模塊、信號(hào)采集模塊和主控制模塊。
[0040] 其中，所述信號(hào)源模塊用于為待測(cè)樣品兩端提供頻率可調(diào)的交流信號(hào);所述信號(hào) 采集模塊用于檢測(cè)不同頻率的交流信號(hào)作用于待測(cè)樣品時(shí)待測(cè)樣品兩端的電阻或電壓并 發(fā)送至所述主控制模塊;所述主控制模塊用于根據(jù)待測(cè)樣品兩端的電阻或電壓與對(duì)應(yīng)交流 信號(hào)的頻率進(jìn)行曲線繪制，得到待測(cè)樣品的電阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線，分析待測(cè)樣 品的電阻變化量或待測(cè)樣品兩端電壓變化量隨頻率變化的規(guī)律，并計(jì)算待測(cè)樣品覆膜的厚 度dx。
[0041] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)：
[0042] 進(jìn)一步:所述主控制模塊還用于根據(jù)待測(cè)樣品的電阻變化量或待測(cè)樣品兩端的電 壓變化量隨頻率變化的規(guī)律判斷待測(cè)樣品表面覆膜的損傷程度。
[0043] 上述進(jìn)一步方案的有益效果是:通過(guò)上述方式可以判斷待測(cè)樣品表面覆膜的損傷 程度，相比于傳統(tǒng)的檢測(cè)方式，更加簡(jiǎn)單直觀，并且實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢測(cè)，檢測(cè)效率較高，并能保證 一定的檢測(cè)精度。
【附圖說(shuō)明】
[0044] 圖1為本發(fā)明的基于趨膚效應(yīng)的樣品表面覆膜的無(wú)損檢測(cè)方法流程示意圖；
[0045] 圖2為本發(fā)明的基于趨膚效應(yīng)的樣品表面覆膜的無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046] 圖3為本發(fā)明的其中一種基于趨膚效應(yīng)的樣品表面覆膜的無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)際檢測(cè) 示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明