[发明专利]一种对板结构反射/透射系数的水浸超声无损测量方法

说明书

本发明公开了一种板结构反射/透射系数的水浸超声无损测量方法，属于材料力学性能测试领域。利用PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜为材料，制做三个同规格的压电传感器作为激励传感器和接收传感器，使激励传感器激励出的超声波在“液/固/液”结构表面发生反射/透射，并被接收传感器接收到。通过提取反射/透射信号并进行数据处理，最终得到反射/透射系数的频率‑幅值谱。测量中采用双接收传感器，能够补偿声波在传播过程中产生的扩散衰减，以获取更为准确的反射/透射系数测量结果。本发明结构简单、操作简便，利用此测量方法可对板结构的反射/透射系数进行无损测量。

技术领域

本发明为一种可对板结构反射/透射系数的无损测量方法，属于结构力学性能测试领域，可适用于“液固液”结构反射/透射系数的水浸超声无损检测。

背景技术

板材因其具有包容覆盖能力强、形状简单、操作方便等优点，随着工业的快速发展，被广泛应用于各类工程结构中。但在长期服役过程中，会受到制造工艺的影响以及外界荷载、环境腐蚀等作用,容易产生腐蚀、疲劳、裂纹等损伤。损伤的不断累积将导致工程结构的失效和损坏,甚至会引发严重的工程事故，所以对板结构的力学性能等方面进行检测变得尤为重要。

由于不同介质间的声阻抗存在差异性，声波在材料性能不连续的多层介质中传播时，会产生反射和透射。研究材料界面处反射和透射特性，是获取材料和结构信息的必要条件。通过获取声波的反射/透射信号，并对信号进行处理和计算，最终得到声波的反射/透射系数，由此可对材料的力学性能进行定量表征。分析声反射/透射系数与斜入射角度、激励频率之间的关系，也是检测材料晶粒尺寸及结构界面间粘接质量的重要铺垫。由于声波是向四周传播，传播过程中声波能量会逐渐扩散，使得单位面积上存在的能量减小，形成扩散衰减。因此，在模型中将两个同材料同规格的压电传感器无缝隙并排放置，使之成为双接收传感器，且将两个传感器关于接收声波的中线对称放置，可补偿声波在传播过程中产生的扩散衰减，以获取更为准确的反射/透射系数测量结果。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种板结构声反射/透射系数的水浸超声无损测量方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种对板结构反射/透射系数的水浸超声无损测量方法，该方法建立一种板结构声反射/透射系数的水浸超声无损测量模型，该模型由三个相同材料及尺寸的压电传感器和具有一定厚度的板组成，将该模型浸于室温下的水中。其中，由PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜作为压电材料，由环氧树脂与钨粉制备的Back10(钨粉体积比为10％)作为背衬材料，压电材料和背衬材料构成完整的压电传感器。在其中一个压电传感器的压电材料上表面设置激励信号，使之成为激励压电传感器(1)；将另外两个压电传感器并排放置，使之成为双接收压电传感器(2)。将一定厚度和长宽尺寸的板(3)放置在声波传播路径中，使声波在水(4)中传播时穿透板(3)或在板(3)的表面发生反射，从而被接收压电传感器接收来获得透射系数和反射系数。

板结构反射/透射系数的求解方法如下，将双接收压电传感器(2)采集的反射/透射信号进行傅里叶变换，得到反射/透射信号频谱与参考信号频谱的比值，则为反射/透射系数频率-幅值谱。由于双接收压电传感器(2)始终关于声波的中线对称放置，导致双接收压电传感器(2)采集的信号相同，所以在提取反射、透射以及参考信号时，仅提取双接收压电传感器(2)中任一信号进行处理。

透射系数的无损测量方法如下，在板(3)的厚度方向两侧分别放置一个激励压电传感器(1)和双接收压电传感器(2)，使传感器的长度方向垂直于板的厚度方向，且双接收压电传感器(2)中的两个压电传感器关于声波的中线对称放置。激励压电传感器(1)下表面至板(3)上表面之间的垂直距离，需与板(3)下表面至双接收压电传感器(2)上表面的垂直距离相同，才能保证声波在垂直入射的情况下，声波到达板(3)前与声波透过板(3)后的传播距离相同。