一種基于趨膚效應的樣品表面覆膜無損檢測方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及鍍膜檢測技術領域，尤其涉及一種基于趨膚效應的樣品表面覆膜的無 損檢測方法及系統。
【背景技術】
[0002] 金屬表面覆膜是改善其化學、力學、電學等性能的重要方法。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、延長使用壽命、改善 裝飾效果、降低產品成本、提高導電性能、改善焊接性能、改善元件間的力學熱學參數的匹 配等方面有廣泛的重要應用。因此鍍膜厚度和質量可能關系到產品性能、成本、使用壽命、 甚至產品安全。如何準確可靠地測量鍍膜厚度和品質有重要意義。
[0003] 常規的鍍膜厚度檢測方法主要有：稱重法、電量法、金相顯微法、磁場法、磁力法、 電磁感應法、渦流法、X射線法、β射線法、電子顯微法、B超法、化學法等等，這些方法都是樣 品局部分析法，有些還是有損檢測法，誤差也較大。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種基于趨膚效應 的樣品表面覆膜的無損檢測方法及系統。適合于檢測鐵磁質基體表面非鐵磁質鍍膜，或非 鐵磁質基體表面的鐵磁質鍍膜的檢測。
[0005] 本發明解決上述技術問題的技術方案如下：
[0006] 依據本發明的一個方面，提供了一種基于趨膚效應的樣品表面覆膜的無損檢測方 法，包括如下步驟：
[0007] 步驟1:采用頻率可變的交流信號作用于待測樣品的兩端；
[0008] 步驟2:逐漸增加所述交流信號的頻率，并檢測不同頻率的交流信號對應的所述待 測樣品兩端的電阻或電壓，并進行曲線繪制獲取所述待測樣品的電阻-頻率曲線或電壓-頻 率曲線；
[0009] 步驟3:根據所述待測樣品的電阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線分析待測樣品的電 阻變化量或待測樣品兩端電壓變化量隨頻率變化的規律，并計算或表揚對比得到待測樣品 覆膜的厚度dx。
[0010] 本發明的有益效果是:本發明的一種基于趨膚效應的樣品表面覆膜的無損檢測方 法，可以對待測樣品進行整體測量，檢測靈敏度較高，并且可以實現自動化測量，檢測效率 較高。另外，由于趨膚效應，高頻時對材料表面的缺陷對高頻信號更敏感，通過改變交流信 號的頻率還可以獲取鍍膜表面缺陷及裂紋深度分布信息。
[0011] 在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進：
[0012] 進一步:所述步驟1中，所述交流信號的頻率變化范圍為Ι0Hz-ΙΟΟΜΗζ。
[0013] 上述進一步方案的有益效果是:所述交流信號的選取與待測樣品表面覆膜的厚度 有關，待測樣品表面覆膜越薄，對應需要的所述交流信號的頻率越高。上述頻率范圍的交流 信號基本可以覆蓋常見樣品表面覆膜的厚度檢測。進一步:所述步驟3中，計算待測樣品覆 膜的厚度dx的具體實現為：
[0014]步驟31a:判斷所述電阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線的轉折點，并讀取轉折點處電 阻或電壓對應的特征頻率fo;
[0015]步驟32a:根據所述特征頻率fo計算出趨膚深度do;
[0016] 步驟33a:根據所述趨膚深度do計算待測樣品覆膜的厚度dx。
[0017] 上述進一步方案的有益效果是:通過判斷所述電阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線的 轉折點，可以獲取特征頻率f〇,然后根據特征頻率fo計算出趨膚深度do和待測樣品覆膜的厚 度d x。
[0018] 進一步:所述步驟31a中判斷所述電阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線的轉折點的具 體過程為:按照如下公式計算所述電阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線上相鄰兩點的斜率k，如 果某一頻點η處的斜率1^相對上一點變化大于100%，則該頻點即為轉接點，且該頻點處的 對應的頻率f i即為特征頻率fo ;
[0019]
[0020] 其中，心為1頻點處測得的電阻值，Rh為i-1頻點處測得的電阻值，1為1頻點處測 得的電壓值，Vh為i -1頻點處測得的電壓值，fi為i測試點處對應的檢測頻率，f Η為i -1測 試點處對應的檢測頻率。
[0021] 上述進一步方案的有益效果是：由于只有當交流信號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或更淺時，電阻或電壓隨頻率的變化速度將會產生明顯 變化，即轉折點所在位置，此時，交流信號的頻率即為特征頻率fo。通過特征頻率fo即可計算 出趨膚深度do和覆膜厚度d x。
[0022] 進一步:所述步驟32a中按照如下公式計算趨膚深度do:
[0023]
[0024] 其中，yr為待測樣品高頻弱激勵時的相對磁導率，〇為樣品的電導率，f為交流信號 的頻率，當f取特征頻率f 0時，即可計算出特征頻率f 0下對應的趨膚深度do。
[0025] 上述進一步方案的有益效果是:通過上述計算公式可以直接通過交流信號的頻率 計算出特征頻率f 0下對應的趨膚深度do
[0026] 進一步:所述步驟33a中計算待測樣品覆膜的厚度dx的樣品實現為:假定趨膚深度 do遠小于待測樣品的半徑r，且待測樣品表面覆膜的厚度dx遠小于趨膚深度do,根據經驗，所 述樣品覆膜的厚度d x=0. ldo,即可計算出樣品覆膜的厚度dx。
[0027]上述進一步方案的有益效果是:通過上述公式可以由趨膚深度do直接計算出待測 樣品表面覆膜的厚度dx。
[0028] 進一步:所述步驟3中，標樣對比獲取待測樣品覆膜的厚度dx的具體實現為：
[0029] 步驟31b:在同一測量條件下將不同已知覆膜厚度的標樣進行所述步驟1和步驟2 的測量，得到系列標樣的電阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線；
[0030] 步驟32b:將所述待測樣品的電阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線與系列標樣的電阻- 頻率曲線或電壓-頻率曲線對應比對，得到待測樣品表面覆膜的厚度dx。
[0031] 上述進一步方案的有益效果是:通過上述標樣對比法將已知厚度的不同標樣的電 阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線與待測樣品的電阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線對應比對，比 較方便的得到待測樣品表面覆膜的厚度d x，并且可以通過控制相鄰厚度的標樣之間的間隔 控制待測樣品表面覆膜的厚度dx的精度。
[0032] 進一步:所述步驟3后還包括：
[0033]步驟4:根據待測樣品的電阻變化量或待測樣品兩端的電壓變化量隨頻率變化的 規律判斷待測樣品表面覆膜的損傷程度。
[0034]進一步:所述步驟4的具體實現為：
[0035]步驟41:在同一測量條件下將與待測樣品表面覆膜厚度相同的系列品質標樣進行 所述步驟1和步驟2的測量，得到系列品質標樣的電阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線，其中系 列品質標樣的損傷程度各不相同；
[0036] 步驟42:根據系列品質標樣的電阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線分析系列品質標樣 的電阻變化量或電壓變化量隨頻率變化的規律；
[0037] 步驟43:將待測樣品與系列品質標樣的電阻變化量或電壓變化量隨頻率變化的規 律對應比對，并采用電阻變化量或電壓變化量隨頻率變化的規律來表征待測樣品的損傷程 度。
[0038] 上述進一步方案的有益效果是：由于趨膚效應，當待測樣品材料表面有裂紋等缺 陷時，待測樣品材料表面對高頻的交流信號更加敏感，這在電阻-頻率曲線或者電壓-頻率 曲線上表現的非常明顯，所以通過待測樣品的電阻變化量或待測樣品兩端的電壓變化量隨 頻率變化的規律即可比較方便的判斷出待測樣品表面覆膜的損傷程度。
[0039] 依據本發明的另一個方面，還提供了一種基于趨膚效應的樣品表面覆膜的無損檢 測系統，包括信號源模塊、信號采集模塊和主控制模塊。
[0040] 其中，所述信號源模塊用于為待測樣品兩端提供頻率可調的交流信號;所述信號 采集模塊用于檢測不同頻率的交流信號作用于待測樣品時待測樣品兩端的電阻或電壓并 發送至所述主控制模塊;所述主控制模塊用于根據待測樣品兩端的電阻或電壓與對應交流 信號的頻率進行曲線繪制，得到待測樣品的電阻-頻率曲線或電壓-頻率曲線，分析待測樣 品的電阻變化量或待測樣品兩端電壓變化量隨頻率變化的規律，并計算待測樣品覆膜的厚 度dx。
[0041] 在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進：
[0042] 進一步:所述主控制模塊還用于根據待測樣品的電阻變化量或待測樣品兩端的電 壓變化量隨頻率變化的規律判斷待測樣品表面覆膜的損傷程度。
[0043] 上述進一步方案的有益效果是:通過上述方式可以判斷待測樣品表面覆膜的損傷 程度，相比于傳統的檢測方式，更加簡單直觀，并且實現無損檢測，檢測效率較高，并能保證 一定的檢測精度。
【附圖說明】
[0044] 圖1為本發明的基于趨膚效應的樣品表面覆膜的無損檢測方法流程示意圖；
[0045] 圖2為本發明的基于趨膚效應的樣品表面覆膜的無損檢測系統結構示意圖；
[0046] 圖3為本發明的其中一種基于趨膚效應的樣品表面覆膜的無損檢測系統實際檢測 示意圖。
【具體實施方式】
[0047] 以下結合附圖對本發明