CN115540790A - 一种高精度超声厚度测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种纳米级的高精度超声测厚方法和装置，包括：采用一发一收的形式分别将超声发射探头和超声接收探头以特定角度固定在连接件上；超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面，超声接收探头接收超声信号；确定超声信号中首个表面波信号来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn；将T0、Tn、n、θ以及声速V代入超声测厚公式求出厚度。通过此发明，解决现有技术中超声测厚无法与TOFD探伤、超声应力测试采用同样的一发一收的超声探头形式，无法同时进行检测的问题。

Description

一种高精度超声厚度测量方法和装置

技术领域

本发明属于无损超声技术检测领域，具体涉及一种超声波测厚方法和装置。

背景技术

目前超声测厚方法是采用超声回波法，利用单个收发一体的超声探头垂直置于材料表面，超声波垂直入射材料表面遇到材料底面后反射回超声信号被超声探头接收，通过测量超声波从发射到接收的传播时间或者测量超声波一次底波与二次底波之间的传播时间来确定被测目标的厚度，具体公式为：传播时间t与超声传播速度V的乘积的一半即为所测材料的厚度。但是这种方法通常采用手持超声探头贴紧材料检测，局限性比较大，精度比较低，精度一般只有0.01mm。

而常见的压力容器或管道的焊缝检测的过程中通常不仅要进行厚度检测，还要进行超声探伤或进行超声应力检测。在超声检测中，TOFD探伤、超声应力测试是对材料的高精度无损检测，他们都是基于一发一收对称倾斜入射材料表面的形式。而测厚与TOFD探伤或超声应力测试是采用不同的超声探头收发形式，无法同时进行；超声检测多个项目时需要采用不同的设备，目前有企业将超声应力设备中集成了超声测厚功能模块，但两者采用的收发探头形式不同，仍需要更换不同的超声探头及形式，测试过程仍然繁琐、造成非常多的不便，目前在公开资料上仍然没有找到有效的解决方案。

发明内容

为了解决现有超声测厚仪器只能使用收发一体式超声探头、精度较低，且无法与其他超声探伤、超声应力检测项目同时进行测试，导致操作过程繁琐的问题，本发明提供了一种纳米级的高精度超声测厚方法，包括：采用一发一收的形式分别将超声发射探头和超声接收探头以特定角度固定在连接件上；超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面，超声接收探头接收超声信号；确定超声信号中首个表面波信号来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn； 将T0、Tn、n、θ以及声速V代入超声测厚公式求出厚度：

；其中，H为工件材料的厚度，θ为超声波的倾斜入射角； V为超声波在介质中的传播速度，n（n=1，2，3，4...）为测量所选用的超声波入射材料后与底面的第n次反射回上表面产生的表面波序号；

其中，该超声测厚公式根据三角函数规律可变换为：

。

上述超声发射探头连接有超声脉冲信号发生电路、激励电路，用于激励超声发射探头产生超声波；上述超声接收探头连接有超声信号接收电路、模数转换电路、信号处理电路、通信电路，用于采集来自超声接收探头接收的超声信号；上述连接件上包括对称的斜面，斜面上有螺纹孔分别用于固定一发一收形式的超声发射探头和超声接收探头，使其与材料表面呈θ角，连接件上还包括磁铁或吸附结构，用于贴合吸附在材料表面上；图1所示为一发一收形式下超声探头连接示意图。

上述超声探头与材料表面的θ角即超声波在材料中的入射角，其设置满足Snell定律；当所述θ角设置小于第一临界角时，所述超声信号中首个表面波信号来临时对应的时间T0为临界折射纵波信号来临时对应的时间T0，所述声速V为超声在材料中的纵波传播速度；当所述θ角设置大于第一临界角时，所述超声信号中首个表面波信号来临时对应的时间T0为 直通波横波信号来临时对应的时间，声速V为超声在材料中的横波传播速度。

当θ角≤第一临界角时，超声波入射钢材表面后产生首个波形即临界折射纵波（LCR）后向材料底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（RSW1，RSW2，RSW3），这些沿材料表面传播的超声回波信号先后被同样角度设置的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集，图2所示为超声探头一发一收形式下临界折射纵波与多个底面波发射示意图，图4所示为一发一收形式下接收到的临界折射纵波与底面反射波超声信号示意图；确定超声信号中临界折射纵波来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn；将T0、Tn、n、θ以及超声在材料中的纵波传播速度V代入上述超声测厚公式进行厚度的测量。

当θ角＞第一临界角时，超声波入射钢材表面后不以纵波而以横波传输，产生首个直通波后向材料底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（RSW1，RSW2，RSW3），这些沿材料表面传播的超声波信号先后被同样角度设置的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集，图3为超声探头一发一收形式下直通波与多个底面波反射示意图，图5所示为一发一收形式下接收到的直通波与底面反射波超声信号示意图；确定超声信号中直通波来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn；将T0、Tn、n、θ以及超声在材料中的横波传播速度V代入上述超声测厚公式进行厚度的测量。

该方法还包括处理超声信号中确定临界折射纵波或直通波信号来临时的时间T0、以及第n个底面反射的表面波信号来临时间Tn的方法：采用可移动的竖直游标线、方框、或数值输入或鼠标框选来确定选择要同时分析的临界折射纵波或直通波、以及至少一个底面反射的表面波形所处的波形数据段；采用闸门控制方法分析所述波形数据段确定临界折射纵波/直通波、以及底面反射的表面波对应的波形来临时间；所述闸门控制方法包括采用至少一个可移动的水平游标或峰值比例闸门作为阈值，当波形数据段中的峰强度超过闸门阈值时认为时波形来临时对应的时间；图6所示为竖直游标选取波形数据段及水平游标确定选择的波形数据段来临是对应的时间。

该方法还包括测厚前采用标准厚度的材料测量标定超声在材料中的传播速度的方法：根据超声测厚公式可以推出声速测定公式：

，该公式可根据三角函数规律变换为：

、

。

其中，当θ角≤第一临界角时，超声波入射钢材表面后产生首个波形即临界折射纵波（LCR）后向材料底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（RSW1，RSW2，RSW3），这些沿材料表面传播的超声回波信号先后被同样角度设置的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集，图2所示为超声探头一发一收形式下临界折射纵波与多个底面波发射示意图，图4所示为一发一收形式下接收到的临界折射纵波与底面反射波超声信号示意图；确定超声信号中临界折射纵波来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn；将标准厚度材料的H、T0、Tn、n、θ代入上述测定声速公式测出超声在材料中的纵波传播速度V。

当θ角＞第一临界角时，超声波入射钢材表面后不以纵波而以横波传输，产生首个直通波后向材料底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（RSW1，RSW2，RSW3），这些沿材料表面传播的超声波信号先后被同样角度设置的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集，图3为超声探头一发一收形式下直通波与多个底面波反射示意图，图5所示为一发一收形式下接收到的直通波与底面反射波超声信号示意图；确定超声信号中直通波来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn；将标准厚度材料的H、T0、Tn、n、θ代入上述测定声速公式测出超声在材料中的横波传播速度V。

进一步地，上述一发一收形式的超声测厚可以与超声测应力检测同时进行：取θ角≤第一临界角，将测试时确定的临界折射纵波对应的T0与无应力标定时临界折射纵波对应的T0'之间的差值△T0=T0-T0'，代入超声应力公式：

，求出应力值，其中K为声时差系数，可由标定不同应力与声时差对应的斜率获得。

进一步地，上述一发一收形式的超声测厚可以与超声TOFD探伤同时进行：取θ角＞第一临界角，上述连接件上设置有编码器用来检测材料的位置信息，在每个检查位置上，接收到的回波信号形成对应的A扫图像，映射到B/D扫图像的一行或一列；同时对A扫图像中超声信号的直通波T0与底面反射波RSW1对应的时间T1，将T1-T0代入上述测厚公式，求出工件的厚度；待检查位置扫查结束后，组成完成B/D扫位置与超声回波图像的同时，也形成检查扫描位置与厚度的XY图。

进一步地，上述一发一收形式的超声测厚方法还包括用于确定涂层或复合层厚度的方法：通过确定超声信号中首个表面波信号来临时的时间T0和第1个涂层或复合层分界面反射的表面波信号来临时的时间T1，将T0和T1，n=1，θ及超声在涂层或复合层中的传播速度V代入测厚公式，求出涂层或复合层的厚度。

为了实现上述目的，本实施例还公开了一种相对于收发一体的单个超声探头垂直入射材料表面进行超声测厚装置完全不同的超声测厚装置。

本发明提供了一种全新的高精度的一发一收倾斜入射测量材料厚度的装置，包括：屏幕；超声探头模块，采用一发一收的形式分别将超声发射探头和超声接收探头以特定角度固定在连接件上；超声发射模块，用于连接超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面；超声接收模块，用于连接超声接收探头接收超声信号；信号处理模块，确定超声信号中首个表面波信号来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn；测厚模块，用于将T0、Tn、n、θ以及声速V代入超声测厚公式求出厚度：

；其中，H为工件材料的厚度，θ为超声波的倾斜入射角； V为超声波在介质中的传播速度，n（n=1，2，3，4...）为测量所选用的超声波入射材料后与底面的第n次反射回上表面产生的表面波序号；其中，超声测厚公式根据三角函数规律可变换为：

。

上述超声发射模块与超声发射探头相连，包括超声脉冲信号发生电路、激励电路，用于激励超声发射探头产生超声波；上述超声接收模块与超声接收探头连接，包括超声信号接收电路、模数转换电路、信号处理电路、通信电路，用于采集超声接收探头接收的超声信号；上述超声探头模块的连接件上含有对称的斜面，斜面上有螺纹孔分别用于固定一发一收形式的超声发射探头和超声接收探头，使其与材料表面呈θ角，连接件上还包括磁铁或吸附结构，用于贴合吸附在材料表面上。

上述超声探头与材料表面的θ角即超声波在材料中的入射角，其设置满足Snell定律；当所述θ角设置小于第一临界角时，所述信号处理模块需要处理的超声信号中首个表面波信号来临时对应的时间T0就是临界折射纵波信号来临时对应的时间T0，所述声速V为超声在材料中的纵波传播速度；当所述θ角设置大于第一临界角时，所述信号处理模块需要处理的超声信号中首个表面波信号来临时对应的时间T0就是 直通波横波信号来临时对应的时间，声速V为超声在材料中的横波传播速度。

当θ角≤第一临界角时，超声波入射钢材表面后产生首个波形即临界折射纵波（LCR）后向材料底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（RSW1，RSW2，RSW3），这些沿材料表面传播的超声回波信号先后被同样角度设置的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集，图2所示为超声探头一发一收形式下临界折射纵波与多个底面波发射示意图，图4所示为一发一收形式下接收到的临界折射纵波与底面反射波超声信号示意图；通过信号处理模块确定超声信号中临界折射纵波来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn；将T0、Tn、n、θ以及超声在材料中的纵波传播速度V代入上述超声测厚模块进行厚度的测量。

当θ角＞第一临界角时，超声波入射钢材表面后不以纵波而以横波传输，产生首个直通波后向材料底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（RSW1，RSW2，RSW3），这些沿材料表面传播的超声波信号先后被同样角度设置的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集，图3为超声探头一发一收形式下直通波与多个底面波反射示意图，图5所示为一发一收形式下接收到的直通波与底面反射波超声信号示意图；通过信号处理模块确定超声信号中直通波来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn；将T0、Tn、n、θ以及超声在材料中的横波传播速度V代入上述超声测厚公式进行厚度的测量。

上述信号处理模块还包括确定临界折射纵波或直通波信号来临时的时间T0、以及第n个底面反射的表面波信号来临时间Tn的功能模块：采用可移动的竖直游标线、方框、或数值输入或鼠标框选来确定选择要同时分析的临界折射纵波或直通波、以及至少一个底面反射的表面波形所处的波形数据段；采用闸门控制方法分析所述波形数据段确定临界折射纵波/直通波、以及底面反射的表面波对应的波形来临时间；所述闸门控制方法包括采用至少一个可移动的水平游标或峰值比例闸门作为阈值，当波形数据段中的峰强度大于闸门阈值时认为时波形来临时对应的时间，图6所示为竖直游标选取波形数据段及水平游标确定选择的波形数据段来临是对应的时间。

上述超声测厚装置还包括采用标准厚度H的材料测量超声在材料中的传播速度的模块：根据超声测厚公式可以推出声速测定模块：

，该公式可根据三角函数规律变换为：

、

。

其中，当θ角≤第一临界角时，超声波入射钢材表面后产生首个波形即临界折射纵波（LCR）后向材料底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（RSW1，RSW2，RSW3），这些沿材料表面传播的超声回波信号先后被同样角度设置的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集，图2所示为超声探头一发一收形式下临界折射纵波与多个底面波发射示意图，图4所示为一发一收形式下接收到的临界折射纵波与底面反射波超声信号示意图；通过信号处理模块确定超声信号中临界折射纵波来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn；将标准厚度材料的H、T0、Tn、n、θ代入上述测定声速模块测出超声在材料中的纵波传播速度V。

当θ角＞第一临界角时，超声波入射钢材表面后不以纵波而以横波传输，产生首个直通波后向材料底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（RSW1，RSW2，RSW3），这些沿材料表面传播的超声波信号先后被同样角度设置的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集，图3为超声探头一发一收形式下直通波与多个底面波反射示意图，图5所示为一发一收形式下接收到的直通波与底面反射波超声信号示意图；通过信号处理模块确定超声信号中直通波来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn；将标准厚度材料的H、T0、Tn、n、θ代入上述测定声速模块测出超声在材料中的横波传播速度V。

进一步地，上述一发一收形式的超声测厚模块可以与超声应力检测模块同时进行：设置θ角≤第一临界角，将测试时确定的临界折射纵波对应的T0与无应力标定时临界折射纵波对应的T0'之间的差值△T0=T0-T0'，代入超声应力公式：

，求出应力值，其中K为声时差系数，可由标定不同应力与声时差对应的斜率获得。

进一步地，上述一发一收形式的超声测厚模块可以与超声TOFD探伤模块同时进行：设置θ角＞第一临界角，上述超声探头模块的连接件上设置有编码器用来检测材料的位置信息，在每个检查位置上，接收到的回波信号形成对应的A扫图像，映射到B/D扫图像的一行或一列；同时对A扫图像中超声信号的直通波T0与底面反射波RSW1对应的时间T1，将T1-T0代入上述测厚公式，求出工件的厚度；待检查位置扫查结束后，组成完成B/D扫位置与超声回波图像的同时，也形成检查扫描位置与厚度的XY图。

进一步地，上述一发一收形式的超声测厚模块还包括用于确定涂层或复合层厚度的功能模块：通过信号处理模块确定超声信号中首个表面波信号来临时的时间T0和第1个涂层或复合层分界面反射的表面波信号来临时的时间T1，将T0和T1，n=1，θ角及超声在涂层或复合层中的传播速度V代入测厚公式，求出涂层或复合层的厚度。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1所示为一发一收形式下超声探头连接示意图。

图2所示为超声探头一发一收形式下临界折射纵波与多个底面波发射示意图。

图3为超声探头一发一收形式下直通波与多个底面波反射示意图。

图4所示为一发一收形式下接收到的临界折射纵波与底面反射波超声信号示意图。

图5所示为一发一收形式下接收到的直通波与底面反射波超声信号示意图 。

图6所示为竖直游标选取波形数据段及水平游标确定选择的波形数据段来临是对应的时间.

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实施例提供了一种相对于收发一体的单个超声探头垂直入射材料表面进行超声测厚方法完全不同的超声测厚方法。

本发明实施例提供了一种全新的高精度的一发一收倾斜入射测量材料厚度的方法，包括：采用一发一收的形式分别将超声发射探头和超声接收探头以特定角度固定在连接件上；超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面，超声接收探头接收超声信号；确定超声信号中首个表面波信号来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn； 将T0、Tn、n、θ以及声速V代入超声测厚公式求出厚度：

；其中，H为工件材料的厚度，θ为超声波的倾斜入射角； V为超声波在介质中的传播速度，n（n=1，2，3，4...）为测量所选用的超声波入射材料后与底面的第n次反射回上表面产生的表面波序号；其中，该超声测厚公式根据三角函数规律可变换为：

。

上述超声发射探头连接有超声脉冲信号发生电路、激励电路，用于激励超声发射探头产生超声波；上述超声接收探头连接有超声信号接收电路、模数转换电路、信号处理电路、通信电路，用于采集来自超声接收探头接收的超声信号；上述连接件上包括对称的斜面，斜面上有螺纹孔分别用于固定一发一收形式的超声发射探头和超声接收探头，如图1所示，使其与材料表面呈θ角，连接件上还包括磁铁或吸附结构，用于贴合吸附在材料表面上。

上述超声探头与材料表面的θ角即超声波在材料中的入射角，其设置满足Snell定律；当所述θ角设置小于第一临界角时，所述超声信号中首个表面波信号来临时对应的时间T0为临界折射纵波信号来临时对应的时间T0，所述声速V为超声在材料中的纵波传播速度；当所述θ角设置大于第一临界角时，所述超声信号中首个表面波信号来临时对应的时间T0为 直通波横波信号来临时对应的时间，声速V为超声在材料中的横波传播速度。

例如检测的材料为钢，连接件的材料为有机玻璃，超声波探头产生超声波后先穿过有机玻璃再入射钢材表面，其满足Snell定律，第一临界角约为28°；

当θ角≤28°时，超声波入射钢材表面后产生首个波形即临界折射纵波（LCR）后向材料底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（RSW1，RSW2，RSW3），这些沿材料表面传播的超声回波信号先后被同样角度设置的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集，图2所示为超声探头一发一收形式下临界折射纵波与多个底面波发射示意图，图4所示为一发一收形式下接收到的临界折射纵波与底面反射波超声信号示意图；确定超声信号中临界折射纵波来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn；将T0、Tn、n、θ以及超声在材料中的纵波传播速度V代入上述超声测厚公式进行厚度的测量。

当θ角＞28°时，超声波入射钢材表面后不以纵波而以横波传输，产生首个直通波后向材料底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（RSW1，RSW2，RSW3），这些沿材料表面传播的超声波信号先后被同样角度设置的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集，图3为超声探头一发一收形式下直通波与多个底面波反射示意图，图5所示为一发一收形式下接收到的直通波与底面反射波超声信号示意图；确定超声信号中直通波来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn；将T0、Tn、n、θ以及超声在材料中的横波传播速度V代入上述超声测厚公式进行厚度的测量。

该方法还包括处理超声信号中确定临界折射纵波或直通波信号来临时的时间T0、以及第n个底面反射的表面波信号来临时间Tn的方法：采用可移动的竖直游标线、方框、或数值输入或鼠标框选来确定选择要同时分析的临界折射纵波或直通波、以及至少一个底面反射的表面波形所处的波形数据段；采用闸门控制方法分析所述波形数据段确定临界折射纵波/直通波、以及底面反射的表面波对应的波形来临时间；所述闸门控制方法包括采用至少一个可移动的水平游标或峰值比例闸门作为阈值，当波形数据段中的峰强度大于闸门阈值时认为时波形来临时对应的时间；图6所示为竖直游标选取波形数据段及水平游标确定选择的波形数据段来临是对应的时间。

例如测试时，采用两对可移动的竖直游标线，第一组游标线选中临界折射纵波/直通波所在的波形数据段，第二组游标线选中第1个底面反射的表面波数据段，超声波在工件材料内经历了一个“V”型 的历程，此时n=1，采用峰值比例闸门分别确定第一组游标线选中的LCR波以及第二组游标线选中的底面发射的表面波RSW1波形来临对应的时间T0，T1，将其代入超声测厚公式

，求出H；若第二组游标选中第二个底面反射的表面波数据段，超声波在工件材料内经历了两个“V”型 的历程，此时n=2，将其代入超声测厚公式

，求出H。

该方法还包括测厚前采用标准厚度的材料对超声在材料中的传播速度进行标定的方法：根据超声测厚公式可以推出声速测定公式：

，该公式可根据三角函数规律变换为：

、

。

其中，当θ角≤第一临界角时，超声波入射钢材表面后产生首个波形即临界折射纵波（LCR）后向材料底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（RSW1，RSW2，RSW3），这些沿材料表面传播的超声回波信号先后被同样角度设置的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集，图2所示为超声探头一发一收形式下临界折射纵波与多个底面波发射示意图，图4所示为一发一收形式下接收到的临界折射纵波与底面反射波超声信号示意图；确定超声信号中临界折射纵波来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn；将标准厚度材料的H、T0、Tn、n、θ代入上述测定声速公式测出超声在材料中的纵波传播速度V。

当θ角＞第一临界角时，超声波入射钢材表面后不以纵波而以横波传输，产生首个直通波后向材料底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（RSW1，RSW2，RSW3），这些沿材料表面传播的超声波信号先后被同样角度设置的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集，图3为超声探头一发一收形式下直通波与多个底面波反射示意图，图5所示为一发一收形式下接收到的直通波与底面反射波超声信号示意图；确定超声信号中直通波来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn；将标准厚度材料的H、T0、Tn、n、θ代入上述测定声速公式测出超声在材料中的横波传播速度V。

举例测厚：1）采用一发一收形式，超声收发探头采用5MHZ，连接件斜面的角度都保持与材料底面22°(<第一临界角)，采用1GHz采集板卡采集超声信号；

2)利用标准5mm厚度工件对超声在材料中的传播速度进行标定，确定采集的超声信号的LCR波与RSW1波的时间T1-T0=1.300μs，代入上述测声速公式，求出超声在工件材料中的纵波传播速度5188m/s；

3）测试工件的厚度，分别确定采集的超声信号的LCR波与RSW1波来临时的时间T0、T1，求出T1-T0为1.299、1.301、1.300，取上述测声速公式求出的纵波传播速度5188，将其代入上述测厚公式求出材料厚度，测得材料的厚度4.999987mm、4.999992mm、5.000008mm，

按照T1-T0的误差分辨率达到纳米级，工件的厚度误差分辨率也可精确到纳米级。

进一步地，上述一发一收形式的超声测厚可以与超声测应力检测同时进行：取θ角≤第一临界角，将测试时确定的临界折射纵波对应的T0与无应力标定时临界折射纵波对应的T0'之间的差值△T0=T0-T0'，代入超声应力公式：

，求出应力值，其中K为声时差系数，可由标定不同应力与声时差对应的斜率获得。

举例测厚与测应力同时进行：1）采用一发一收形式，超声收发探头采用5MHZ，连接件斜面的角度都保持与材料底面22°(<第一临界角)，采用2GHz采集板卡采集超声信号；

2)利用标准无应力试样采集超声信号，对其无应力下的临界折射纵波对应的时间T0'进行标定，加载不同大小的应力，并对不同应力下的临界折射纵波对应的T0和对应的应力进行记录，计算出标定的不同应力与对应的临界折射纵波声时差的斜率K；

3）测试工件的厚度和应力：通过确定采集测试工件的超声信号的临界折射纵波T0与底面反射波RSW1对应的时间T1，将T1-T0代入上述测厚公式，求出工件的厚度；同时将确定的T0与前一步确定的T0'之间的差值△T0，代入超声应力公式，求出应力值。

进一步地，上述一发一收形式的超声测厚可以与超声TOFD探伤同时进行：取θ角＞第一临界角，上述连接件上设置有编码器用来检测材料的位置信息，在每个检查位置上，接收到的回波信号形成对应的A扫图像，映射到B/D扫图像的一行或一列；同时对A扫图像中超声信号的直通波T0与底面反射波RSW1对应的时间T1，将T1-T0代入上述测厚公式，求出工件的厚度；待检查位置扫查结束后，组成完成B/D扫位置与超声回波图像的同时，也形成检查扫描位置与厚度的XY图。

举例测厚与探伤同时进行：1）采用一发一收形式，超声收发探头采用5MHZ，连接件斜面的角度都保持与材料底面60°(＞第一临界角)，连接件上设置有编码器用来检测材料的位置信息，采用1GHz采集板卡采集超声信号；

2)在编码器数据对应的扫查点上，接收超声波信号形成对应的A扫图像，将每一点A扫的幅值归一化到0到255范围内，映射到B/D扫图像的一列，作为二维图像的一列像素值，多列累加即得到B/D扫图像；同时，对A扫中超声信号的直通波T0与底面反射波RSW1对应的时间T1，将T1-T0代入上述测厚公式，求出工件的厚度，不同位置的厚度组合形成扫描位置与厚度的XY图。

进一步地，上述一发一收形式的超声测厚方法还包括用于确定涂层或复合层厚度的方法：通过确定超声信号中首个表面波信号来临时的时间T0和第1个涂层或复合层分界面反射的表面波信号来临时的时间T1，将T0和T1，n=1，θ及超声在涂层或复合层中的传播速度V代入测厚公式，求出涂层或复合层的厚度。

举例，工件材料表面有涂层或复合材料时，超声波入射到材料表面在产生首个表面波信号的同时会向内部传播，碰到涂层或复合材料与工件材料的结合的分界面时会产生反射信号，该信号反射回上表面时会产生表面波RSW1，此时，通过确认首个表面波信号来临时的时间T0和第一个涂层或复合层分界面反射的表面波信号来临时的时间T1，将T0、T1，n=1，和超声在涂层或复合层的传播速度V代入测厚公式，求出涂层或复合层的厚度。

为了实现上述目的，本实施例还公开了一种相对于收发一体的单个超声探头垂直入射材料表面进行超声测厚装置完全不同的超声测厚装置。

本发明提供了一种全新的高精度的一发一收倾斜入射测量材料厚度的装置，包括：屏幕；超声探头模块，采用一发一收的形式分别将超声发射探头和超声接收探头以特定角度固定在连接件上；超声发射模块，用于连接超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面；超声接收模块，用于连接超声接收探头接收超声信号；信号处理模块，确定超声信号中首个表面波信号来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn；测厚模块，用于将T0、Tn、n、θ以及声速V代入超声测厚公式求出厚度：

；其中，H为工件材料的厚度，θ为超声波的倾斜入射角； V为超声波在介质中的传播速度，n（n=1，2，3，4...）为测量所选用的超声波入射材料后与底面的第n次反射回上表面产生的表面波序号；其中，超声测厚公式根据三角函数规律可变换为：

、

。

上述超声发射模块与超声发射探头相连，包括超声脉冲信号发生电路、激励电路，用于激励超声发射探头产生超声波；上述超声接收模块与超声接收探头连接，包括超声信号接收电路、模数转换电路、信号处理电路、通信电路，用于采集超声接收探头接收的超声信号；上述超声探头模块的连接件上含有对称的斜面，斜面上有螺纹孔分别用于固定一发一收形式的超声发射探头和超声接收探头，如图1所示，使其与材料表面呈θ角，连接件上还包括磁铁或吸附结构，用于贴合吸附在材料表面上。

上述超声探头与材料表面的θ角即超声波在材料中的入射角，其设置满足Snell定律；当所述θ角设置小于第一临界角时，所述信号处理模块需要处理的超声信号中首个表面波信号来临时对应的时间T0就是临界折射纵波信号来临时对应的时间T0，所述声速V为超声在材料中的纵波传播速度；当所述θ角设置大于第一临界角时，所述信号处理模块需要处理的超声信号中首个表面波信号来临时对应的时间T0就是 直通波横波信号来临时对应的时间，声速V为超声在材料中的横波传播速度。

例如检测的材料为钢，连接件的材料为有机玻璃，超声波探头产生超声波后先穿过有机玻璃再入射钢材表面，其满足Snell定律，第一临界角约为28°；

当θ角=22°时，超声波入射钢材表面后产生首个波形即临界折射纵波（LCR）后向材料底部传播并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（RSW1，RSW2，RSW3），这些沿材料表面传播的超声回波信号先后被同样角度设置的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集，图2所示为超声探头一发一收形式下临界折射纵波与多个底面波发射示意图，图4所示为一发一收形式下接收到的临界折射纵波与底面反射波超声信号示意图；通过信号处理模块确定超声信号中临界折射纵波来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn；将T0、Tn、n、θ以及超声在材料中的纵波传播速度V代入上述超声测厚模块进行厚度的测量。

当θ角=60°时，超声波入射钢材表面后不以纵波而以横波传输，产生首个直通波后向材料底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（RSW1，RSW2，RSW3），这些沿材料表面传播的超声波信号先后被同样角度设置的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集，图3为超声探头一发一收形式下直通波与多个底面波反射示意图，图5所示为一发一收形式下接收到的直通波与底面反射波超声信号示意图；通过信号处理模块确定超声信号中直通波来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn；将T0、Tn、n、θ以及超声在材料中的横波传播速度V代入上述超声测厚公式进行厚度的测量。

上述信号处理模块还包括确定临界折射纵波或直通波信号来临时的时间T0、以及第n个底面反射的表面波信号来临时间Tn的功能模块：采用可移动的竖直游标线、方框、或数值输入或鼠标框选来确定选择要同时分析的临界折射纵波或直通波、以及至少一个底面反射的表面波形所处的波形数据段；采用闸门控制方法分析所述波形数据段确定临界折射纵波/直通波、以及底面反射的表面波对应的波形来临时间；所述闸门控制方法包括采用至少一个可移动的水平游标或峰值比例闸门作为阈值，当波形数据段中的峰强度大于闸门阈值时认为时波形来临时对应的时间；图6所示为竖直游标选取波形数据段及水平游标确定选择的波形数据段来临是对应的时间。

例如测试时，采用两对可移动的竖直游标线，第一组游标线选中临界折射纵波/直通波所在的波形数据段，第二组游标线选中第1个底面反射的表面波数据段，超声波在工件材料内经历了一个“V”型 的历程，此时n=1，采用峰值比例闸门分别确定第一组游标线选中的LCR波以及第二组游标线选中的底面发射的表面波RSW1波形来临对应的时间T0，T1，将其代入超声测厚公式

，求出H；若第二组游标选中第二个底面反射的表面波数据段，超声波在工件材料内经历了两个“V”型 的历程，此时n=2，将其代入超声测厚公式

，求出H。

上述超声测厚装置还包括采用标准厚度H的材料测量超声在材料中的传播速度的模块：根据超声测厚公式可以推出声速测定模块：

，该公式可根据三角函数规律变换为：

、

。

其中，当θ角≤第一临界角时，超声波入射钢材表面后产生首个波形即临界折射纵波（LCR）后向材料底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（RSW1，RSW2，RSW3），这些沿材料表面传播的超声回波信号先后被同样角度设置的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集，图2所示为超声探头一发一收形式下临界折射纵波与多个底面波发射示意图，图4所示为一发一收形式下接收到的临界折射纵波与底面反射波超声信号示意图；通过信号处理模块确定超声信号中临界折射纵波来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn；将标准厚度材料的H、T0、Tn、n、θ代入上述测定声速模块测出超声在材料中的纵波传播速度V。

当θ角＞第一临界角时，超声波入射钢材表面后不以纵波而以横波传输，产生首个直通波后向材料底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（RSW1，RSW2，RSW3），这些沿材料表面传播的超声波信号先后被同样角度设置的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集，图3为超声探头一发一收形式下直通波与多个底面波反射示意图，图5所示为一发一收形式下接收到的直通波与底面反射波超声信号示意图；通过信号处理模块确定超声信号中直通波来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn；将标准厚度材料的H、T0、Tn、n、θ代入上述测定声速模块测出超声在材料中的横波传播速度V。

举例测厚过程：1）采用一发一收形式，超声收发探头采用5MHZ，连接件斜面的角度都保持与材料底面22°(<第一临界角)，采用1GHz采集板卡采集超声信号；

2)利用标准厚度工件对超声在材料中的传播速度进行标定，信号处理模块确定采集的超声信号的LCR波与RSW1波来临时的时间T1、T0，代入上述测声速模块，求出超声在工件材料中的纵波传播速度；

3）测试工件的厚度，分别确定采集的超声信号的LCR波与RSW1波来临时的时间T0、T1，V取上述测声速公式求出的纵波传播速度，将其代入上述测厚模块求出材料厚度；

其中，T1、T0的时间确定的精度都为纳秒级，测出的工件的厚度按照测厚公式，其精度也为纳米级。

进一步地，上述一发一收形式的超声测厚模块可以与超声应力检测模块同时进行：设置θ角≤第一临界角，将测试时确定的临界折射纵波对应的T0与无应力标定时临界折射纵波对应的T0'之间的差值△T0=T0-T0'，代入超声应力公式：

，求出应力值，其中K为声时差系数，可由标定不同应力与声时差对应的斜率获得。

举例测厚模块与测应力模块同时进行：1）采用一发一收形式，超声收发探头采用5MHZ，连接件斜面的角度都保持与材料底面22°(<第一临界角)，采用2GHz采集板卡采集超声信号；

2)利用标准无应力试样采集超声信号，对无应力下的临界折射纵波对应的时间T0'进行标定，加载不同大小的应力，并对不同应力下的临界折射纵波对应的T0和对应的应力进行记录，计算出标定的不同应力与对应的临界折射纵波声时差的斜率K；

3）测试工件的厚度和应力：通过信号处理模块确定采集测试工件的超声信号的临界折射纵波T0与底面反射波RSW1对应的时间T1，将T1-T0代入上述测厚公式，求出工件的厚度；同时将确定的T0与前一步确定的T0'之间的差值△T0，代入超声应力公式，求出应力值。

进一步地，上述一发一收形式的超声测厚模块可以与超声TOFD探伤模块同时进行：设置θ角＞第一临界角，上述超声探头模块的连接件上设置有编码器用来检测材料的位置信息，在每个检查位置上，接收到的回波信号形成对应的A扫图像，映射到B/D扫图像的一行或一列；同时对A扫图像中超声信号的直通波T0与底面反射波RSW1对应的时间T1，将T1-T0代入上述测厚公式，求出工件的厚度；待检查位置扫查结束后，组成完成B/D扫位置与超声回波图像的同时，也形成检查扫描位置与厚度的XY图。

举例测厚模块与探伤模块同时进行：1）采用一发一收形式，超声收发探头采用5MHZ，连接件斜面的角度都保持与材料底面75°(>第一临界角)，连接件上设置有编码器用来检测材料的位置信息，采用1GHz采集板卡采集超声信号；

2)在编码器数据对应的扫查点上，接收超声波信号形成对应的A扫图像，将每一点A扫的幅值归一化到0到255范围内，映射到B/D扫图像的一列，作为二维图像的一列像素值，多列累加即得到B/D扫图像；同时，对A扫中超声信号的直通波T0与底面反射波RSW1对应的时间T1，将T1-T0代入上述测厚公式，求出工件的厚度，不同位置的厚度组合形成扫描位置与厚度的XY图。

进一步地，上述一发一收形式的超声测厚模块还包括用于确定涂层或复合层厚度的功能模块：通过信号处理模块确定超声信号中首个表面波信号来临时的时间T0和第1个涂层或复合层分界面反射的表面波信号来临时的时间T1，将T0和T1，n=1，θ角及超声在涂层或复合层中的传播速度V代入测厚公式，求出涂层或复合层的厚度。

举例测量工件材料表面的涂层或复合成厚度时，超声波入射到材料表面在产生首个表面波信号的同时会向内部传播，碰到涂层或复合材料与工件材料的结合的分界面时会产生反射信号，该信号反射会上表面时会产生反射波RSW1，此时，通过信号处理模块确认首个表面波信号来临时的时间T0和第一个涂层或复合层分界面反射的表面波信号来临时的时间T1，将T0、T1，n=1，和超声在涂层或复合层的传播速度V代入测厚公式，求出涂层或复合层的厚度。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、移动终端、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明。

Claims (10)

1.一种高精度超声厚度测量方法，其特征在于，包括：

按一发一收的方式将超声发射探头和超声接收探头以特定角度固定在连接件上；

超声发射探头产生超声波以θ角倾斜 入射材料表面，超声接收探头接收超声信号；

确定超声信号中首个表面波信号来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn；

将T0、Tn、n、θ以及声速V代入超声测厚公式求出厚度：

；其中，H为工件材料的厚度，θ为超声波的倾斜入射角； V为超声波在介质中的传播速度，n（n=1，2，3，4...）为测量所选用的超声波入射材料后与底面的第n次反射回上表面产生的表面波序号；上述公式中，Tn-T0可精确到纳秒级别，所以H测厚也可精确到纳米级别；其中，超声测厚公式根据三角函数规律可变换为：

；其中，测厚前可利用标准厚度材料标定声速，根据超声测厚公式可以推出声速测定公式：

。

2.如权利利要求1所述的一种高精度超声测厚方法，其特征在于：所述的超声发射探头连接有超声脉冲信号发生电路、激励电路，用于激励超声发射探头产生超声波；

所述超声接收探头连接有超声信号接收电路、模数转换电路、信号处理电路、通信电路，用于采集来自超声接收探头接收的超声信号；

所述连接件两侧含有对称的斜面，斜面上垂直钻有螺纹孔分别用于固定一发一收形式的超声发射探头和超声接收探头，使其与材料表面呈θ角，所述入射θ角设置满足Snell定律；

当所述θ角设置小于第一临界角时，所述超声信号中首个表面波信号来临时对应的时间T0为临界折射纵波信号来临时对应的时间T0，所述声速V为超声在材料中的纵波传播速度；当所述θ角设置大于第一临界角时，所述超声信号中首个表面波信号来临时对应的时间T0为 直通波横波信号来临时对应的时间，声速V为超声在材料中的横波传播速度。

3.如权利要求1所述的一种高精度超声测厚方法，其特征在于：所述确定超声信号中首个表面波信号来临时的时间T0和第n个底面发射的表面波信号来临时的时间Tn的方法包括：采用可移动的竖直游标线、方框、或数值输入或鼠标框选来确定选择要同时分析的临界折射纵波或直通波横波、以及至少一个底面反射的表面波形所处的波形数据段；采用至少一个可移动的水平游标或峰值比例闸门作为阈值，当波形数据段中的峰强度超出闸门阈值时确定为临界折射纵波或直通波横波、以及对应的底面反射的表面波波形来临的时间。

4.如权利要求1所述的一种高精度超声测厚方法，其特征在于：

所述超声测厚方法采用一发一收形式可以与超声应力检测同时进行：取θ角≤第一临界角，将测试时确定的临界折射纵波对应的T0与无应力标定时临界折射纵波对应的T0'之间的差值△T0=T0-T0'，代入超声应力公式：

，求出应力值，其中K为声时差系数，可由标定不同应力与声时差对应的斜率获得；

所述超声测厚方法采用一发一收形式可以与超声TOFD探伤同时进行：取θ角＞第一临界角，上述连接件上设置有编码器用来检测材料的位置信息，在每个检查位置上，接收到的回波信号形成对应的A扫图像，映射到B/D扫图像的一行或一列；同时对A扫图像中超声信号的直通波T0与底面反射波RSW1对应的时间T1，将T1-T0代入上述测厚公式，求出工件的厚度；待检查位置扫查结束后，组成完成B/D扫位置与超声回波图像的同时，也形成检查扫描位置与厚度的XY图。

5.如权利要求1所述的一种高精度超声测厚方法，其特征在于：

所述超声测厚方法采用一发一收形式还可以用于确定涂层或复合层的厚度：通过确定超声信号中首个表面波信号来临时的时间T0和第1个涂层或复合层分界面反射的表面波信号来临时的时间T1，将T0和T1，n=1，θ及超声在涂层或复合层中的传播速度V代入测厚公式，求出涂层或复合层的厚度。

6.一种高精度超声厚度测量装置，其特征在于，包括：

屏幕；

超声探头模块，用于将超声发射探头和超声接收探头以特定角度固定在连接件上；

超声发射模块，用于连接超声发射探头产生超声波以θ角倾斜 入射材料表面；

超声接收模块，用于连接超声接收探头接收超声信号；

信号处理模块，用于确定超声信号中首个表面波信号来临时的时间T0和第n个底面发射的表面波信号来临时的时间Tn；

测厚模块，将T0、Tn、n、θ以及声速V代入超声测厚公式求出厚度：

；其中，H为工件材料的厚度，θ为超声波的倾斜入射角； V为超声波在介质中的传播速度，n（n=1，2，3，4...）为测量所选用的超声波入射材料后与底面的第n次反射回上表面产生的表面波序号；上述公式中，Tn-T0可精确到纳秒级别，所以H测厚也可精确到纳米级别；其中，超声测厚公式根据三角函数规律可变换为：

；其中，测厚前可利用标准厚度材料标定声速，根据超声测厚公式可以推出声速测定公式：

。

7.如权利利要求6所述的一种高精度超声测厚装置，其特征在于：所述超声发射模块连接超声发射探头，其包括：超声信号发生电路、激励电路，用于激励超声发射探头产生超声波；

所述超声接收模块连接超声接收探头，其包括：超声信号接收电路、模数转换电路、信号处理电路、通信电路，用于采集来自超声接收探头接收的超声信号；

所述超声探头模块中的连接件两侧含有对称的斜面，斜面上有螺纹孔用于固定超声发射探头和超声接收探头，使其与材料表面呈θ角；所述入射θ角设置满足Snell定律；

当所述θ角设置小于第一临界角时，所述超声信号中首个表面波信号来临时对应的时间T0为临界折射纵波信号来临时对应的时间T0，所述声速V为超声在材料中的纵波传播速度；当所述θ角设置大于第一临界角时，所述超声信号中首个表面波信号来临时对应的时间T0为 直通波横波信号来临时对应的时间，声速V为超声在材料中的横波传播速度。

8.如权利要求6所述的一种高精度超声测厚装置，其特征在于：所述信号处理模块包括确定超声信号中首个表面波信号来临时的时间T0和第n个底面发射的表面波信号来临时的时间Tn的方法：采用可移动的竖直游标线、方框、或数值输入或鼠标框选来确定选择要同时分析的临界折射纵波或直通波横波、以及至少一个底面反射的表面波形所处的波形数据段；采用至少一个可移动的水平游标或峰值比例闸门作为阈值，当波形数据段中的峰强度超出闸门阈值时确定为临界折射纵波或直通波横波、以及对应的底面反射的表面波波形来临的时间。

9.如权利要求6所述的一种高精度超声测厚装置，其特征在于：所述超声测厚装置采用一发一收形式可以与超声应力检测模块同时进行：设置θ角≤第一临界角，将测试时确定的临界折射纵波对应的T0与无应力标定时临界折射纵波对应的T0'之间的差值△T0=T0-T0'，代入超声应力公式：

，求出应力值，其中K为声时差系数，可由标定不同应力与声时差对应的斜率获得；

所述超声测厚装置采用一发一收的形式可以与超声TOFD探伤模块同时进行：设置θ角＞第一临界角，上述超声探头模块的连接件上设置有编码器用来检测材料的位置信息，在每个检查位置上，接收到的回波信号形成对应的A扫图像，映射到B/D扫图像的一行或一列；同时对A扫图像中超声信号的直通波T0与底面反射波RSW1对应的时间T1，将T1-T0代入上述测厚公式，求出工件的厚度；待检查位置扫查结束后，组成完成B/D扫位置与超声回波图像的同时，也形成检查扫描位置与厚度的XY图。

10.如权利要求6所述的一种高精度超声测厚装置，其特征在于：所述超声测厚装置采用一发一收的形式还可以用于确定涂层或复合层的厚度：通过信号处理模块确定超声信号中首个表面波信号来临时的时间T0和第1个涂层或复合层分界面反射的表面波信号来临时的时间T1，将T0和T1，n=1，θ角及超声在涂层或复合层中的传播速度V代入测厚公式，求出涂层或复合层的厚度。

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