[发明专利]基于矢量水听器的流固界面波检测装置及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种流固界面波的检测装置及检测方法，属于超声检测及分析技术领域。

背景技术

声学技术的发展为无损评价、应力检测、缺陷检测提供了一种有效手段。由于流固界面波具有幅度大、传播损耗小、频散小的特点，在介质中的传播可反映流固各介质中的诸多信息，比如固体介质的渗透率、密度、光滑度，裂缝特性，液体浓度，杂质含量等，近年来流固界面波在地球物理、无损检测等领域的应用引起了研究者们广泛的兴趣，目前被广泛应用于大坝监测，地质勘探，泥沙含量检测等实际工程应用中。

界面波主要是指沿着流固界面传播的波，在流固界面中主要存在的界面波是指scholte波和leaky raleigh波。由于Scholte波幅度大、能量高、无低频截止频率、传播速度和衰减与沉积层的切变波特性密切相关等优点，Scholte成为反演分析介质结构属性领域的研究热点。目前，常见的流固界面波的激发和检测方法有：

（1）将脉冲激光器发出的激光脉冲经柱透镜聚焦成线源后垂直入射在固体表面上激发出表面波，表面波在流固界面处发生转化形成流固界面波。在距离激发源不同距离的地方应用光干涉位移振动接收系统实时接收传播到达的界面波。如发明专利——一种微尺度界面波激发方法及装置（申请号：02112787.5）。

（2）通过将固体半浸没于液体中，固体和液体形成一定的角度以获得一个合适的入射角。在露出液体的固体表面用换能器激发界面波，首先在空气-固体表面形成Rayleigh波，当rayleigh波传播到空气被替换为液体的表面时，一部分波被反射回去，一部分波转化为scholte波和leaky rayleigh波。在浸没于液体中的固体另一端放置接收换能器接收界面波信号。

（3）利用超声斜探头直接在固体表面激发界面波，由于超声斜探头发射的入射波在固体面形成一个精确的入射角度，根据波形转换可直接激发Rayleigh波和Scholte波。通过接收换能器直接在流固界面接收传播信号。

上述各种方法都在一定程度上能够实现在特定情况下的流固界面波进行检测的目的，但是受检测条件的限制，存在检测设备昂贵，检测效率不高，检测方式单一等问题。

发明内容

本发明目的是提供一种接收方式灵活、自动化程度高的检测界面波的装置及检测方法。

本发明采用矢量水听器直接在水中接收界面波信号，不需要在流固界面处进行安装接收设备，检测方式较为简便。针对标量水听器或传统检测方式只能接受单一信号的缺憾，采用矢量水听器可同时测量反映声压和质量振速的各正交分量，反映完整的声场信息，本发明可通过后期的处理模块可获得更可靠的水声信息，较之传统的单一声压信息处理系统具有良好的抗相干干扰能力和线谱检测能力，检测可靠性高。本发明通过矢量水听器的移动可实现多点测量或阵列接收，数据采集量大，数据处理能力强，测量精度大大提高。同时，本发明的外接控制电路直接控制矢量水听器的移动，自动化程度高，可根据实际情况调整水听器的高度和位置，较适合在实际工程界面波检测中做广泛推广。

在流固界面处，当流体侧和固体侧为半无限空间介质时，平面波的位移应为零，因此流-固界面中传播的平面波的位移势函数可写为：

ψ2＝B2exp[-b2ky+ik(x-ct)]    （3）