粘性透明液體在載玻片上的涂抹均勻度測量方案研究

李勇

【摘? 要】粘性透明液體能粘在載玻片的表面上，隨后逐漸發生固化，涂層涂抹均勻度的好壞直接影響它的實際應用，當前檢測涂層均勻度的方法有很多，我采用的紅外熱波無損檢方法。這是一種新的檢測技術，它不僅可以計算出涂層的厚度，而且可以檢測涂層的缺陷，本論文從涂抹均勻度方面進行分析。

【關鍵詞】透明液體;涂抹均勻度;紅外熱波

引言

在軍事技術、無損檢測等領域，熱成像已經對我們生活產生積極深遠的影響。利用紅外熱成像探測溫場的能力來獲知被探測物體，自身的溫度場變化，從而直接測量缺陷厚度。當今比較受歡迎的常規檢測方法有：超聲，射線，渦流。射線檢測是這樣一種現象，當我們將射線照在物體上，由于物體種類、厚度的不同，射線折射的程度也隨之變得不同。現在還有超聲波檢測技術，當超聲波探頭向被測物體發射射線。當超聲波遇到不同物體的時候，就會反射。將反射的波段回收，通過分析得到傳播的時間與和厚度的關系。超聲波方法具有檢測速度快的優點，此外還兼具對檢測材料的使用性能好的特點。當我們要檢測的工件表面非常粗糙的時候，比如 木質材料等，這就會導致效果會比較差，接收比較差。熱波檢測技術正是順應了這種發展趨勢，從功能上看，非常適合檢測發展性缺陷;從性能上看，具有快速、觀測面積大、直觀、準確、非接觸等特點優勢，適合于外場應用、在線在役檢測。因此，此項技術在某種程度上勢將取代一些傳統的檢測技術。超聲波檢測需要比較高的環境條件，在相交面需要接觸面的平行，如果不滿足這樣的條件，將會導致超聲波的回波發生散射，測量的結果不理想。紅外熱波是一種廣泛使用的檢測手段。任何溫度高于絕對零度的時候，粒子的熱運動會發生改變，進而發生熱輻射。當物體內部溫度不同的時候，物體的本身性質導致了長波與短波的比例，長波與短波的能量是不同的，紅外熱成像檢測技術便是以此作為原理。

1總體設計

紅外無損檢測通常根據是否采用熱激勵分為主動式紅外無損檢測和被動式無損檢測。在主動式紅外無損檢測實驗中，需要根據缺陷位置、大小、類型選擇不同的熱激勵方式，在被動式紅外無損檢測中則利用其自身輻射信息來進行檢測。紅外無損檢測紅外熱波面向被檢測的不同結構的物體以及處于各異的環境，將會使用不同的熱波進行加熱。然后我們將這個變化記錄在膠片上，然后根據底片黑度的變化了解結構狀態。采用分析軟件MATLAB進行信息處理并顯示檢測結果。物體的結構具有差異性，紅外熱成像正是利用此特性導致物體外表面紅外輻射產生差異的特性來進行檢測。當熱波從兩種介質中傳播的時候，而且這傳播方向是從熱物性好傳向熱物性差的介質時，那熱波的反射系數接近1。反之，當了解到這種關系，就會明白當工件是多層結構的時候，熱波在不同層級的傳播會呈現不同的規律傳播方向由熱物性差傳向熱物性好的介質時，熱波的反射系數接近2。我們理論上我們知道材料密度均勻就可測量涂層厚度，最重要的是們要知道偏離時間。由材料涂層標件不同厚度的涂層，我們可以得到偏離時間與厚度的關系。在檢測過程中，偏離特征時間與厚度有較好的關系，因此我們只要得到一個標準試件的特征偏離時間，把時間-厚度建成坐標系，然后根據直線找到厚度。熱波檢測具有很多優點：良好的適用性、結果直觀形象、單向非接觸等。

傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。在檢測中使用的紅外熱像儀是AMG8833，AMG8833紅外熱像儀傳感器是一個8*8的傳感器陣列，當連接到微控制器的時候它將返回一組64個單獨的紅外溫度讀數，具有可配置的中斷引腳，溫度測量范圍在0℃到80℃。

2 技術方法原理

不同厚度引起表面受脈沖激勵后溫度不同的變化，實驗過程中頻率的選擇跟涂層的熱屬性、厚度、測量要求的精確度有關，對于涂抹層來說，知道了涂層厚度的試件并得到了特征偏離時間，這個厚度的平方和偏離時間構成時間-厚度坐標系的一點，連接該點和原點形成一條直線，對于未知的涂抹層我們尋找時間就可以在直線上找到對應的厚度。紅外熱波檢測是基于上面理論因此當我們知道了最大溫差出現的時間，就可以得到厚度。

在此基礎上設置一個已經知道涂抹層厚度的工件并且測量出了特征時間，我們在實驗中可以自己選取一個已經知道厚度的位置作為參考標準，通過時間-厚度所構成的直線比較找出對應的特征偏離時間，進而找到了對應的涂抹層的厚度。紅外熱波無損檢測可以定量得到涂抹層的厚度值。然后把厚度值與對應的特征偏離時間一一對應填寫在數據統計軟件里面進行均勻度計算。通過分析軟件Matlab就可以得到我們需要的結果—透明液體在載玻片上的涂抹均勻度。

3 模擬試驗

在涂層結構中使用脈沖激勵法所面臨的問題是，單次脈沖激勵所獲得的溫度信號較少，而且由于涂層結構的特殊性，可能存在單次脈沖熱波引起的熱量傳遞在涂層結構之間多次反射，使得表面溫度變化不明顯，需要具有較高靈敏度的紅外熱像儀和較大脈沖激勵源配合才能采集到所需信號。另外，在紅外熱像儀采集過程中，不可避免同時連環境噪聲一同采集，噪聲對單次脈沖激勵法的影響較大。目前已有在涂層結構中應用鎖相調制激勵法的例子，但存在鎖相調制激勵源價格昂貴，可測涂層厚度范圍小等缺點。在持續熱流的激勵下，涂層結構試件的表面溫度場隨著時間的推移產生特征信息，特征信息間的差異反映了相同激勵下試件內部熱傳導過程的不同。在構想中，實驗選擇持續熱流激勵作為涂層結構試件的激勵源。我們在載玻片上選定6個厚度不同的區域，經過紅外熱波的檢測得到特征偏離時間，從而獲得對應的厚度。

4結論

綜合分析無損檢測技術在涂層厚度檢測方面的進展，選擇紅外無損檢測技術作為涂層厚度測量的研究方法，選用AMG8833紅外熱像儀傳感器，并基于傳熱學理論分析涂層結構熱波傳遞機制及溫度場模型。從涂層應用背景著手，闡述涂層厚度對涂層性能的重要性;分析應用于涂層測厚的傳統無損檢測方法，說明其優點及局限性;對比現有涂層測厚的紅外無損檢測方法，為之后研究基于紅外熱波無損檢測技術的涂層測厚研究提供思路。

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