【摘要】 本发明公开了一种扫描超声波显微镜同时测量薄层材料厚度、声速、密度和衰减的方法。其步骤包括：1)将薄层材料放置于基体材料表面，使超声波探头分别位于基体材料和薄层材料正上方，测得基体材料和薄层材料的超声波回波信号s1(t)、s2(t)；2)对s2(t)进行基于维纳滤波和自回归谱外推技术的反卷积，得到信号h1(t)，选定声波渡越时间的初始值；3)选取其他变量初始值，通过薄层材料反射系数频谱拟合，得出薄层材料的声阻抗、声波渡越时间和声波衰减系数的最优值；4)对s1(t)+s2(t)进行基于维纳滤波和自回归谱外推技术的反卷积；5)计算得出薄层材料的厚度、声速、密度和衰减。本发明可以实现对薄层材料进行四变量高精度同时测量，并解决了频谱拟合时的收敛域问题。 【专利类型】发明授权 【申请人】浙江大学 【申请人类型】学校 【申请人地址】310027 浙江省杭州市西湖区浙大路38号 【申请人地区】中国 【申请人城市】杭州市 【申请人区县】西湖区 【申请号】CN201210042497.4 【申请日】2012-02-23 【申请年份】2012 【公开公告号】CN102853791B 【公开公告日】2014-09-10 【公开公告年份】2014 【授权公告号】CN102853791B 【授权公告日】2014-09-10 【授权公告年份】2014.0 【IPC分类号】G01B17/02; G01H5/00; G01N9/24; G01N29/11 【发明人】居冰峰; 白小龙; 吴海腾; 陈剑; 姜燕; 吴蕾 【主权项内容】一种扫描超声波显微镜同时测量薄层材料厚度、声速、密度和衰减的方法，采用扫描超声波显微镜，扫描超声波显微镜包括超声波探头(1)、三维直线电机(2)、导轨(3)、基体材料(4)、薄层材料(5)、水槽(6)、电机控制器(7)、超声波发射接收器(8)、计算机(9)、显示器(10)，水槽(6)底部放有基体材料(4)，基体材料(4)上设有薄层材料(5)，基体材料(4)上方设有超声波探头(1)，超声波探头(1)上端与三维直线电机(2)相连，导轨(3)上设有三维直线电机(2)，超声波探头(1)与超声波发射接收器(8)相连，三维直线电机(2)与电机控制器(7)相连，计算机(9)分别与电机控制器(7)、超声波发射接收器(8)、显示器(10)相连；其特征在于方法的步骤如下：1)将薄层材料(5)放置于基体材料(4)表面，并置于盛有水的水槽(6)中，开启扫描超声波显微镜；2)调节扫描超声波显微镜的三维直线电机(2)的Y轴电机使超声波探头(1)位于基体材料(4)正上方，测量基体材料(4)表面的超声波回波信号s1(t)；3)寻找到薄层材料(5)伸出基体材料(4)表面的部分，即薄层材料(5)上下表面完全浸在水中的部分，并调节扫描超声波显微镜的三维直线电机(2)的Y轴电机使超声波探头(1)位于薄层材料(5)此部分的正上方，测量薄层材料(5)的超声波回波信号s2(t)；4)以s1(t)为参考信号，对s2(t)进行基于维纳滤波和自回归谱外推技术的反卷积，得到信号h1(t)；5)记录h1(t)信号中的每两个峰峰值之间的间距Δt1，并将Δt1/2设定为薄层材料(5)的声波渡越时间的初始值；6)选定薄层材料(5)的声阻抗、声波渡越时间和声波衰减系数的初始值Zs0、和α0之后，计算理论的超声波反射系数频谱Rt(ω)；然后将s2(t)信号的频谱除以s1(t)信号的频谱再乘以基体反射系数的值R0，得到薄层材料(5)的反射系数频谱的实验值Re(ω)；取目标函数其中n为在反射系数频谱带宽内采样点的个数；从三个初始值Zs0、和α0开始，利用高斯-牛顿法寻找的最优化函数f的最小值fmin，得出薄层材料(5)的声阻抗、声波渡越时间和声波衰减系数的最优值Zs、和α；7)以s1(t)为参考信号，对s1(t)+s2(t)进行基于维纳滤波和自回归谱外推技术的反卷积，得到信号h2(t)并记录h2(t)信号中的前两个峰峰值之间的间距Δt2；8)计算得出薄层材料(5)的厚度为h＝c0·Δt2/2，其中c0为水中声波的速度，薄层材料(5)的声速为，密度为ρ＝Zs/c1，衰减系数为α。 【当前权利人】浙江大学 【当前专利权人地址】浙江省杭州市西湖区浙大路38号 【专利权人类型】公立 【统一社会信用代码】12100000470095016Q 【引证次数】6.0 【被引证次数】2 【他引次数】6.0 【被自引次数】1.0 【被他引次数】1.0 【家族引证次数】6.0 【家族被引证次数】30

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