2019年，某化工廠的日常巡檢中，技術(shù)人員使用超聲波測厚儀對一段看似完好的管道進行檢測，顯示某處壁厚減薄至2.1mm。緊急更換該段管道后，內(nèi)部檢查證實了嚴重的局部腐蝕，一次潛在的泄漏事故被成功避免。

前言

在工業(yè)領(lǐng)域，厚度測量遠非簡單的“量尺寸”，而是一門精密的診斷藝術(shù)。它如同給材料做精細的CT掃描，能揭示肉眼看不見的內(nèi)在問題，主要用于工業(yè)質(zhì)量控制。早期采用接觸式工具（如千分尺），后逐漸發(fā)展為超聲波、射線及激光等非接觸式技術(shù) 。常見方法包括超聲反射、激光對射、射線穿透等。對應(yīng)不同材料與場景需求 ，測量方法自然也需“量體裁衣”，從管道的腐蝕減薄到玻璃的光學性能變化，從電纜絕緣層的老化到金屬板材的工藝缺陷。

一、激光位移測厚--以光為尺，毫厘不差

激光位移測厚技術(shù)基于光學三角法原理。具體來說，激光器發(fā)出一束精細的激光打到被測物體表面，物體表面的反射光通過透鏡在光電探測器上成像，產(chǎn)生探測其敏感面上光斑位置的電信號。當物體位置改變時，反射光點在探測器上的位置也會相應(yīng)移動。通過精確計算這個位移量，就能確定物體的位置變化，進而得出厚度信息。

在實際工業(yè)應(yīng)用中，為克服物體晃動帶來的誤差，先進的激光測厚系統(tǒng)采用雙激光對射結(jié)構(gòu)，在被測物體上下兩側(cè)對稱安裝兩個激光位移傳感器。兩個傳感器同時測量到物體表面的距離，通過計算這兩個距離值的差值，得出物體的實際厚度。這種方法能有效消除測量過程中物體整體振動的影響，保證測量精度。

實施方案

1信號源頭：光電探測器當激光光斑照射在CMOS或PSD探測器上時，探測器會根據(jù)光斑的確切位置，產(chǎn)生一個與位置成比例的模擬電壓信號。

2核心轉(zhuǎn)換：數(shù)據(jù)采集卡這是采集最核心的功能。它將連續(xù)的模擬電壓信號，離散化為計算機可以處理的數(shù)字量。分辨率，16位分辨率可以將±10V劃分為65536個等級，它能分辨出0.3mV的電壓變化，對應(yīng)到測量距離上，可能就是微米級的變化。高速采樣率，確保了即使在測量快速移動的物體時，也能捕獲到足夠多的數(shù)據(jù)點，不會遺漏任何厚度波動。

3厚度計算：邏輯運算采集卡將兩個傳感器的模擬電壓值V1（上傳感器）和V2（下傳感器）換算為上傳感器到物體上表面的距離L1，和下傳感器到物體下表面的距離L2。

典型應(yīng)用場景

激光位移測厚特別適合透明材料（如玻璃）、高反射金屬表面以及需要非接觸測量的場合。例如：在浮法玻璃生產(chǎn)線上，激光測厚系統(tǒng)能實現(xiàn)0.5%以內(nèi)的相對誤差，且無需直接接觸玻璃表面，不會劃傷制品，實現(xiàn)100%在線全檢。

二、超聲波測厚：以聲為眼，洞察內(nèi)在

超聲波測厚猶如為材料做“B超檢查”，它能通過表面感知內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。這種技術(shù)基于超聲波在介質(zhì)中傳播的物理特性——超聲波在均勻材料中傳播時，遇到不同介質(zhì)的分界面（如材料的前后表面）會產(chǎn)生反射。

實施方案

1信號源頭：微弱的回波探頭接收到從材料底面反射回來的回波信號。

2核心挑戰(zhàn)：高速模數(shù)轉(zhuǎn)換（數(shù)據(jù)采集卡）儀器通過精確測量一次底面回波B1和二次底面回波B2之間的時間差，或任意兩次相鄰底波的時間差，自動計算出材料的精確厚度。超聲波頻率很高（通常1MHz-20MHz），根據(jù)奈奎斯特采樣定理，采集卡的采樣率至少需要是信號最高頻率的2倍以上。在實際應(yīng)用中，為了準確重建波形，采樣率通常是超聲波中心頻率的5-10倍甚至更高。

典型應(yīng)用案例例如：對于一個5MHz的探頭，需要至少50MS/s（每秒5000萬次采樣）的采樣率。這正是超聲波采集卡與普通采集卡的核心區(qū)別——速度。高分辨率：一位12位或16位分辨率的ADC可以提供足夠的動態(tài)范圍，以準確捕獲回波信號的細微幅度變化。

厚度計算：在數(shù)字域中精準“掐表”峰值識別與時間間隔測量（Δt）：算法在包絡(luò)線上自動識別出第一次底波（B1）、第二次底波（B2）等回波的峰值位置。

采集卡的核心功能——精確計時 在此體現(xiàn)。它通過計算B1和B2峰值點之間相隔的采樣點數(shù)量，再乘以采樣周期（1/采樣率），就能得到精確的時間差Δt。從而可根據(jù)公式得出精確厚度。

測厚技術(shù)，工業(yè)安全的守護者

從肉眼觀感到儀器測量，從粗略估算到精準量化，測厚技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)著工業(yè)進步的軌跡。今天的測厚技術(shù)已不僅是為了獲取一個數(shù)字，更是為了評估材料健康狀態(tài)、預測剩余壽命、預警安全隱患。

在現(xiàn)代化工廠中，測厚技術(shù)已經(jīng)成為預見性維護體系的重要組成部分。通過定期為設(shè)備“體檢”，企業(yè)能夠從傳統(tǒng)的“壞了再修”轉(zhuǎn)變?yōu)椤胺阑加谖慈弧?，實現(xiàn)真正的智能制造和安全管理。

無論是防止管道泄露的超聲波檢測，還是保證光學系統(tǒng)質(zhì)量的玻璃厚度測量，這些精密的“把脈術(shù)”都在默默守護著我們的工業(yè)安全和產(chǎn)品質(zhì)量。

下一次當你路過化工廠、看到高聳的玻璃幕墻或使用各種電器時，或許會想起——在這些看似普通的物體內(nèi)部，正有無數(shù)精密的技術(shù)在持續(xù)為它們做著“厚度體檢”，確保我們的世界安全而高效地運轉(zhuǎn)。