[发明专利]一种随温度变化的超声波传播速度测量方法

权利要求书

1.一种随温度变化的超声波传播速度测量方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：由标定实验，获取试件室温状态下的超声波传播速度V₀；

步骤二：对试件进行加热，由超声波脉冲回波法，试件t_i时刻的超声波传播时间t_i,exp；

步骤三：建立超声波传播速度测量的优化模型，优化的目标函数为：

其中：V为待测量的超声传播速度；t_i,cal为数值计算得到的t_i时刻的超声波传播时间，下标i表示的测量时间序数，N表示总的测量时间点数；L为试件被测方向的长度；

约束条件为：

f(V_j)＝V₀

其中：k，C和ρ分别为被测材料的导热系数、比热容和密度；T_0,t为加热面温度，由加热器进行控制；T_L,t为超声探头放置端的温度，T₀为试件的初始温度；j为将超声传播速度表示为随位置和时间变化的分段函数数目，f(V_j)为分段函数拟合而成的数学公式；

步骤四：求解热传导反问题，获得超声波传播速度V；

求解的基本过程为：

(1)输入介质材料热物性参数、尺寸以及初始值；

(2)将超声传播速度表示为随位置和时间变化的分段函数；

(3)数值求解热传导方程，求出温度场T(x,t)和目标函数J(V)的值；

(4)采用伴随方程算法对参数值进行优化，获得较优的V值；

(5)判断是否收敛，取ε≤1e-6，若收敛，则停止计算；否则返回步骤(2)重复迭代，直到到达收敛；

(6)获得固体介质中随温度变化的超声波传播速度V。

2.根据权利要求1所述的随温度变化的超声波传播速度测量方法，其特征在于，将超声波传播速度的测量转换为热传导反问题中未知参数的优化问题，由回波法测量得到超声传播的声时特性后，以此反演辨识固体介质中随温度变化的超声波传播速度。

3.根据权利要求1或2所述的随温度变化的超声波传播速度测量方法，其特征在于，热传导反问题求解中采用了分段函数模型，即将超声传播速度表示为随位置和时间变化的分段函数。

4.根据权利要求1或2所述的随温度变化的超声波传播速度测量方法，其特征在于，热传导反问题求解中为保证解正确性，增加室温状态下的超声波传播速度为限制边界条件。