[发明专利]表征韧性膜、表面和表面下的性质的装置和方法

权利要求书

1.一种非接触式表征系统，包括：

激励发生器，所述激励发生器生成非接触位移力，所述非接触位移力被导向要表征的远程物体；

超声换能器，所述超声换能器将超声能量导向远程物体；

发射波形发生器，所述发射波形发生器耦合至所述超声换能器；

接收信号处理器，所述接收信号处理器耦合至所述超声换能器并接收从远程物体反射的超声能量，所述接收信号处理器将所接收的超声信号振幅或相位与由所述发射波形发生器形成的发射信号相比较，所述接收信号处理器由此形成对响应于所述非接触位移力的远程物体位移的估计。

2.如权利要求1所述的非接触式表征系统，其中所述激励发生器形成导向远程物体的空气团。

3.如权利要求2所述的非接触式表征系统，其中所述空气团含有非氧化气体。

4.如权利要求3所述的非接触式表征系统，其中所述非氧化气体是氮气、氩气、CO2、氦气中的至少一种。

5.如权利要求1所述的非接触式表征系统，其中所述超声换能器是电容式微机械超声换能器(cMUT)。

6.如权利要求1所述的非接触式表征系统，其中所述发射信号发生器是在所述超声换能器发射频率的基波频率或谐波频率下工作的连续波(CW)或脉冲信号发生器。

7.如权利要求1所述的非接触式表征系统，其中所述接收信号处理器执行所接收信号的基带解调，并根据一系列相位估计形成位移估计，每个所述相位估计均根据所述接收信号与所述发射信号相比的相位位移确定。

8.如权利要求7所述的非接触式表征系统，其中所述一系列相位估计形成弹性量度。

9.一种用于对弹性表面进行非接触式测量的方法，所述测量方法包括：

非接触力事件，激励发生器由此向要表征的表面或与所述表面相邻的材料体积提供非接触力；

针对每个施加的激励发生器非接触力事件，形成一系列位移测量，每个位移测量包括：

将超声能量从换能器导向要表征的表面或相邻的材料体积；

所述换能器从所述要表征的表面或体积接收反射的超声能量；

将所发射的超声能量的相位与所接收的超声能量进行比较以形成位移估计；

由此使用多个所述位移测量来估计弹性或粘度。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述激励发生器非接触力是从喷嘴释放的空气团，其被导向要表征的材料上的表面或该材料的表面。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述空气团是惰性气体，包括氮气、氩气、CO2或氦气中的至少一种。

12.如权利要求9所述的方法，其中所述换能器是cMUT或压电换能器中的至少一种。

13.如权利要求9所述的方法，其中所述导向的超声能量是发射换能器上的连续波(CW)超声能量。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述将所发射的超声能量的相位与所接收的超声能量进行比较形成一相位位移，所述相位位移被转换成要测量的材料的非接触式位移。

15.如权利要求9所述的方法，其中所述对弹性或粘度的估计是通过将一系列测量的相位位移与一系列模板测量相比较来执行的。

16.如权利要求9所述的方法，其中所述对弹性或粘度的估计是通过与所述激励源的上升时间或下降时间相比，检查位移的上升时间或下降时间来执行的。

17.如权利要求9所述的方法，其中所述激励是阶跃或脉冲压力，并且所述对弹性或粘度的估计是通过检查衰荡特性来执行的。