粘性透明液體在載玻片上的涂抹均勻度測(cè)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(fā)生固化，涂層涂抹均勻度的好壞直接影響它的實(shí)際應(yīng)用，當(dāng)前檢測(cè)涂層均勻度的方法有很多，我采用的紅外熱波無(wú)損檢方法。這是一種新的檢測(cè)技術(shù)，它不僅可以計(jì)算出涂層的厚度，而且可以檢測(cè)涂層的缺陷，本論文從涂抹均勻度方面進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】透明液體;涂抹均勻度;紅外熱波

引言

在軍事技術(shù)、無(wú)損檢測(cè)等領(lǐng)域，熱成像已經(jīng)對(duì)我們生活產(chǎn)生積極深遠(yuǎn)的影響。利用紅外熱成像探測(cè)溫場(chǎng)的能力來(lái)獲知被探測(cè)物體，自身的溫度場(chǎng)變化，從而直接測(cè)量缺陷厚度。當(dāng)今比較受歡迎的常規(guī)檢測(cè)方法有：超聲，射線，渦流。射線檢測(cè)是這樣一種現(xiàn)象，當(dāng)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?，F(xiàn)在還有超聲波檢測(cè)技術(shù)，當(dāng)超聲波探頭向被測(cè)物體發(fā)射射線。當(dāng)超聲波遇到不同物體的時(shí)候，就會(huì)反射。將反射的波段回收，通過(guò)分析得到傳播的時(shí)間與和厚度的關(guān)系。超聲波方法具有檢測(cè)速度快的優(yōu)點(diǎn)，此外還兼具對(duì)檢測(cè)材料的使用性能好的特點(diǎn)。當(dāng)我們要檢測(cè)的工件表面非常粗糙的時(shí)候，比如 木質(zhì)材料等，這就會(huì)導(dǎo)致效果會(huì)比較差，接收比較差。熱波檢測(cè)技術(shù)正是順應(yīng)了這種發(fā)展趨勢(shì)，從功能上看，非常適合檢測(cè)發(fā)展性缺陷;從性能上看，具有快速、觀測(cè)面積大、直觀、準(zhǔn)確、非接觸等特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，適合于外場(chǎng)應(yīng)用、在線在役檢測(cè)。因此，此項(xiàng)技術(shù)在某種程度上勢(shì)將取代一些傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)。超聲波檢測(cè)需要比較高的環(huán)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(huì)導(dǎo)致超聲波的回波發(fā)生散射，測(cè)量的結(jié)果不理想。紅外熱波是一種廣泛使用的檢測(cè)手段。任何溫度高于絕對(duì)零度的時(shí)候，粒子的熱運(yùn)動(dòng)會(huì)發(fā)生改變，進(jìn)而發(fā)生熱輻射。當(dāng)物體內(nèi)部溫度不同的時(shí)候，物體的本身性質(zhì)導(dǎo)致了長(zhǎng)波與短波的比例，長(zhǎng)波與短波的能量是不同的，紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)便是以此作為原理。

1總體設(shè)計(jì)

紅外無(wú)損檢測(cè)通常根據(jù)是否采用熱激勵(lì)分為主動(dòng)式紅外無(wú)損檢測(cè)和被動(dòng)式無(wú)損檢測(cè)。在主動(dòng)式紅外無(wú)損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，需要根據(jù)缺陷位置、大小、類型選擇不同的熱激勵(lì)方式，在被動(dòng)式紅外無(wú)損檢測(cè)中則利用其自身輻射信息來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。紅外無(wú)損檢測(cè)紅外熱波面向被檢測(cè)的不同結(jié)構(gòu)的物體以及處于各異的環(huán)境，將會(huì)使用不同的熱波進(jìn)行加熱。然后我們將這個(gè)變化記錄在膠片上，然后根據(jù)底片黑度的變化了解結(jié)構(gòu)狀態(tài)。采用分析軟件MATLAB進(jìn)行信息處理并顯示檢測(cè)結(jié)果。物體的結(jié)構(gòu)具有差異性，紅外熱成像正是利用此特性導(dǎo)致物體外表面紅外輻射產(chǎn)生差異的特性來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)熱波從兩種介質(zhì)中傳播的時(shí)候，而且這傳播方向是從熱物性好傳向熱物性差的介質(zhì)時(shí)，那熱波的反射系數(shù)接近1。反之，當(dāng)了解到這種關(guān)系，就會(huì)明白當(dāng)工件是多層結(jié)構(gòu)的時(shí)候，熱波在不同層級(jí)的傳播會(huì)呈現(xiàn)不同的規(guī)律傳播方向由熱物性差傳向熱物性好的介質(zhì)時(shí)，熱波的反射系數(shù)接近2。我們理論上我們知道材料密度均勻就可測(cè)量涂層厚度，最重要的是們要知道偏離時(shí)間。由材料涂層標(biāo)件不同厚度的涂層，我們可以得到偏離時(shí)間與厚度的關(guān)系。在檢測(cè)過(guò)程中，偏離特征時(shí)間與厚度有較好的關(guān)系，因此我們只要得到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試件的特征偏離時(shí)間，把時(shí)間-厚度建成坐標(biāo)系，然后根據(jù)直線找到厚度。熱波檢測(cè)具有很多優(yōu)點(diǎn)：良好的適用性、結(jié)果直觀形象、單向非接觸等。

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

2 技術(shù)方法原理

不同厚度引起表面受脈沖激勵(lì)后溫度不同的變化，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中頻率的選擇跟涂層的熱屬性、厚度、測(cè)量要求的精確度有關(guān)，對(duì)于涂抹層來(lái)說(shuō)，知道了涂層厚度的試件并得到了特征偏離時(shí)間，這個(gè)厚度的平方和偏離時(shí)間構(gòu)成時(shí)間-厚度坐標(biāo)系的一點(diǎn)，連接該點(diǎn)和原點(diǎn)形成一條直線，對(duì)于未知的涂抹層我們尋找時(shí)間就可以在直線上找到對(duì)應(yīng)的厚度。紅外熱波檢測(cè)是基于上面理論因此當(dāng)我們知道了最大溫差出現(xiàn)的時(shí)間，就可以得到厚度。

在此基礎(chǔ)上設(shè)置一個(gè)已經(jīng)知道涂抹層厚度的工件并且測(cè)量出了特征時(shí)間，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中可以自己選取一個(gè)已經(jīng)知道厚度的位置作為參考標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)時(shí)間-厚度所構(gòu)成的直線比較找出對(duì)應(yīng)的特征偏離時(shí)間，進(jìn)而找到了對(duì)應(yīng)的涂抹層的厚度。紅外熱波無(wú)損檢測(cè)可以定量得到涂抹層的厚度值。然后把厚度值與對(duì)應(yīng)的特征偏離時(shí)間一一對(duì)應(yīng)填寫在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件里面進(jìn)行均勻度計(jì)算。通過(guò)分析軟件Matlab就可以得到我們需要的結(jié)果—透明液體在載玻片上的涂抹均勻度。

3 模擬試驗(yàn)

在涂層結(jié)構(gòu)中使用脈沖激勵(lì)法所面臨的問(wèn)題是，單次脈沖激勵(lì)所獲得的溫度信號(hào)較少，而且由于涂層結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(lì)源配合才能采集到所需信號(hào)。另外，在紅外熱像儀采集過(guò)程中，不可避免同時(shí)連環(huán)境噪聲一同采集，噪聲對(duì)單次脈沖激勵(lì)法的影響較大。目前已有在涂層結(jié)構(gòu)中應(yīng)用鎖相調(diào)制激勵(lì)法的例子，但存在鎖相調(diào)制激勵(lì)源價(jià)格昂貴，可測(cè)涂層厚度范圍小等缺點(diǎn)。在持續(xù)熱流的激勵(lì)下，涂層結(jié)構(gòu)試件的表面溫度場(chǎng)隨著時(shí)間的推移產(chǎn)生特征信息，特征信息間的差異反映了相同激勵(lì)下試件內(nèi)部熱傳導(dǎo)過(guò)程的不同。在構(gòu)想中，實(shí)驗(yàn)選擇持續(xù)熱流激勵(lì)作為涂層結(jié)構(gòu)試件的激勵(lì)源。我們?cè)谳d玻片上選定6個(gè)厚度不同的區(qū)域，經(jīng)過(guò)紅外熱波的檢測(cè)得到特征偏離時(shí)間，從而獲得對(duì)應(yīng)的厚度。

4結(jié)論

綜合分析無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在涂層厚度檢測(cè)方面的進(jìn)展，選擇紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)作為涂層厚度測(cè)量的研究方法，選用AMG8833紅外熱像儀傳感器，并基于傳熱學(xué)理論分析涂層結(jié)構(gòu)熱波傳遞機(jī)制及溫度場(chǎng)模型。從涂層應(yīng)用背景著手，闡述涂層厚度對(duì)涂層性能的重要性;分析應(yīng)用于涂層測(cè)厚的傳統(tǒng)無(wú)損檢測(cè)方法，說(shuō)明其優(yōu)點(diǎn)及局限性;對(duì)比現(xiàn)有涂層測(cè)厚的紅外無(wú)損檢測(cè)方法，為之后研究基于紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的涂層測(cè)厚研究提供思路。

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