[发明专利]超声衰减系统的测量方法和测量装置

说明书

本发明公开了一种超声衰减系数的测量方法和测量装置，测量方法包括以下步骤：利用表面浸在水中的超声水浸探头向浸在水中的测试块发射超声波信号，其中，所述超声波信号为超声窄带脉冲正弦波信号；利用所述超声水浸探头接收所述超声波信号经所述测试块反射的回波信号；根据所述回波信号和所述超声波信号的频率计算所述测试块的超声衰减系数。该测量方法，通过超声水浸探头发射相应频率值的超声窄脉冲正弦波信号至测试块，测得该频率下测试块的超声衰减数系数，使得测得的超声衰减系数更加准确。

技术领域

本发明涉及超声技术领域，尤其涉及一种超声衰减系数的测量方法和测量装置。

背景技术

在超声应用中衰减系数是材料特性的重要参数之一，因此广泛应用于材料晶粒尺寸、孔隙率和疲劳等微观结构定量无损评价。超声频域衰减系数曲线能够真实反映材料内部微观结构变化，可用于准确预测材料服役状态。准确测量衰减系数的频域曲线对材料内部微观结构的定量评价至关重要，从而有必要提出一种准确测量材料频域衰减系数曲线的方法。

超声衰减包括超声束扩散衰减、材料内部散射衰减和介质吸收衰减。实际实验测量的衰减系数为材料内部散射和介质吸收衰减两部分总和。在多数工程应用中，一种比较方便的方法是用接触式直探头测量材料的衰减系数。Treiber等人的研究表明，用接触式探头测量衰减系数时，如果不考虑超声探头和材料界面处的部分反射系数，结果会造成较大的误差。因此多数工程应用研究仅用衰减系数来粗略表征材料内部微观结构的变化，而没有考虑其数值的准确性。

另一种有效的测量超声纵波频域衰减系数方法是超声水浸脉冲回波方法，该方法利用超声波通过材料界面处返回的一次底波和二次底波或者表面波与一次底波之比来计算，再经过超声波在材料中的衍射修正后得到探头有效带宽内的频域衰减系数。Miguel等人利用超声水浸脉冲方法并针对疏水材料对超声波经过材料界面的反射系数进行修正，得到适用于该种材料的衰减系数计算方法。然而以上方法均采用单探头宽带脉冲发射信号，该方式的脉冲信号频带宽度有限且难以确定，因此不能得到准确的衰减系数和频率之间的关系曲线。

宽带超声脉冲信号测量衰减系数时的另外一个关键问题是，当宽带脉冲在衰减介质中传播时，信号的频谱会发生偏移，其次当频率值远离探头有效频带时衰减系数值测量不准确。这会使得衰减系数和频率之间的曲线关系出现偏差，从而影响衰减系数测量结果。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种超声衰减系数的测量方法，以提高超声衰减系数的测量准确性。

本发明的另一个目的在于提出一种超声衰减系数的测量装置。

为达到上述目的，本发明提出了一种超声衰减系数的测量方法，包括以下步骤：利用表面浸在水中的超声水浸探头向浸在水中的测试块发射超声波信号，其中，所述超声波信号为超声窄带脉冲正弦波信号；利用所述超声水浸探头接收所述超声波信号经所述测试块反射的回波信号；根据所述回波信号和所述超声波信号的频率计算所述测试块的超声衰减系数。

本发明实施例的超声衰减系数的测量方法，通过超声水浸探头发射相应频率值的超声窄脉冲正弦波信号至测试块，测得该频率下测试块的超声衰减数系数，使得测得的超声衰减系数更加准确。

作为一个示例，所述回波信号包括所述测试块上表面的反射信号和所述测试块底面的反射信号，其中，通过如下公式计算所述测试块的超声衰减系数：