阿尔泰科技丨工业双利器：超声与激光测厚技术，让材料“体检”更精准
2019年，某化工厂在例行巡检过程中，技术人员利用超声测厚仪对一段外观完好的管道进行检测，结果发现某处壁厚已减至2.1mm。随后紧急更换该段管道，内部检查确认存在严重局部腐蚀，成功避免了一次潜在的泄漏事故。
在工业生产中，厚度测量远非简单的“量尺寸”，而是一门高精度的诊断技术。它如同为材料进行CT扫描，能够揭示肉眼不可见的内部缺陷，广泛应用于工业质量控制领域。早期多采用接触式工具如千分尺，随着技术发展，如今非接触式测量方式如超声波、射线及激光测厚已成为主流。常见的检测原理包括超声反射、激光对射和射线穿透等，针对不同材料与应用场景，选择合适的测量手段至关重要，无论是管道腐蚀、玻璃光学性能变化，还是电缆绝缘老化或金属板材缺陷。
一、激光位移测厚——以光为尺，毫厘不差
激光位移测厚技术基于光学三角法的原理。具体操作中，激光器发射一束光束照射至被测物体表面，反射光通过透镜聚焦在光电探测器上，形成一个光斑，并产生与位置成正比的电信号。当被测物位置发生变化时，光斑在探测器上的位置也会随之移动，通过精确定位该位移量即可推算出物体厚度。
为应对工业环境中常见的物体晃动问题，先进系统常采用双激光对射结构，在被测对象上下两侧安装两组激光位移传感器。两者同时采集数据，通过计算两者读数之差，得出材料厚度，有效抵消整体振动带来的误差，大幅提升测量精度。
实施方案
- 信号源：激光光斑照射至CMOS或PSD探测器，根据光斑位置生成与之对应的模拟电压信号。
- 数据采集：数据采集卡负责将模拟信号转换为数字信号。16位分辨率可将±10V电压划分为65536个等级，具备分辨0.3mV的能力，对应测量距离可达到微米级。
- 厚度计算：采集卡将上、下两个传感器的电压信号V1和V2分别换算为上传感器到材料上表面的距离L1、下传感器到材料下表面的距离L2，通过两者的差值计算材料厚度。
典型应用场景
激光位移测厚特别适用于透明材料、高反射金属表面及需要非接触检测的场合。例如在浮法玻璃生产线中，该系统可实现0.5%以内的相对误差，无需接触表面即可完成100%在线检测，有效防止划伤产品。
二、超声波测厚——以声为眼，洞察内在
超声波测厚技术犹如为材料做“B超检查”，通过超声波在材料中的传播特性来探测内部结构变化。其原理基于超声波在均匀介质中传播时，遇到不同介质分界面（如前后表面）会反射回波。
实施方案
- 信号源：探头接收材料底面反射回来的回波信号。
- 核心挑战：高速模数转换是关键环节。系统需精确测量一次底面回波B1与二次底面回波B2之间的时间间隔，或任意相邻底波的时间差，从而计算材料厚度。
- 采样率要求：由于超声波频率通常在1MHz至20MHz之间，根据奈奎斯特采样定理，采集卡的采样率需为信号最高频率的两倍以上。实际应用中，采样率通常是中心频率的5至10倍。
以5MHz探头为例，系统需具备50MS/s以上的采样率。这一要求也是超声波采集卡区别于普通数据采集卡的关键之处。
厚度计算
在数字域中，算法通过识别回波包络中的底波峰值（如B1、B2），并计算其时间间隔Δt。采集卡通过计算两个峰值之间的采样点数，乘以采样周期（1/采样率），即可得到精确的时间差，并最终推导出材料厚度。
测厚技术，工业安全的守护者
从目视观察到仪器测量，从粗略估算到精准量化，测厚技术的发展映射出工业进步的轨迹。如今，测厚已不仅是获取数字，更是评估材料健康状态、预测使用寿命与识别潜在风险的重要工具。
在现代工业环境中，测厚技术已成为预测性维护体系的重要组成部分。通过定期对设备进行“体检”，企业能够从“故障后维修”转向“预防性维护”，实现智能制造和安全管理。
无论是防止管道泄漏的超声检测，还是确保光学系统稳定性的玻璃厚度测量，这些精密的“诊断技术”都在默默守护着工业安全与产品质量。
下一次当你路过化工厂、仰望高耸的玻璃幕墙，或使用各类电器时，或许会想起——在这些看似普通的物体内部，正有无数先进技术持续为它们做着“厚度体检”，以确保我们的世界安全高效运转。