[发明专利]材料力学属性信息的测量方法、装置及系统

权利要求书

1.一种材料力学属性信息的测量方法，其特征在于，包括：

向待测材料加载不同频率的激励信号，所述激励信号为由信号发生器产生并由激振器向待测材料加载的机械激励信号，所述待测材料包括：单相材料和具有包裹材料的待测材料，所述单相材料包括：单相粘性材料和单相弹性材料；

测量不同频率激励信号下所述待测材料表面波信号或界面波信号的运动信息，其中，所述运动信息包括：波速和频散信息，所述待测材料表面波信号的频散信息用于确定待测材料为粘性材料或弹性材料，所述表面波信号或所述界面波信号是通过至少两个超声换能器采集的所述待测材料表面或内部界面的超声波信号；

根据不同频率激励信号下所述待测材料表面波信号或界面波信号的运动信息，确定所述待测材料的力学属性信息；

输出所述待测材料的力学属性信息；

其中，在测量不同频率激励信号下所述待测材料表面波信号或界面波信号的运动信息之前，还包括：

根据激励信号的频率，调整对所述待测材料表面波信号或界面波信号进行测量的测量参数，其中，所述测量参数包括：向所述待测材料加载激励信号的幅度、测点与激励点之间的距离，以及各个测点之间的距离；

通过如下公式确定测量参数：

f×l＝C₁；

f×d＝C₂；

其中，f表示激励信号的频率；l表示测点与激励点之间的距离；d表示各个测点之间的距离；C₁和C₂表示常数；

其中，根据不同频率激励信号下所述待测材料表面波信号或界面波信号的运动信息，确定所述待测材料的力学属性信息，包括：

如果所述待测材料为单相粘性材料，则根据粘弹性本构模型的表面波频散信息，确定所述待测材料的粘弹性参数；

如果所述待测材料为单相弹性材料，则根据所述待测材料的表面波波速、泊松比、材料密度，确定所述待测材料的剪切模量和杨氏模量，其中，所述待测材料的表面波波速等于所述待测材料在不同频率激励信号下测量得到的多个表面波波速的平均值或中位值；

如果所述待测材料为具有包裹材料的待测材料，则根据所述待测材料的界面波信号波速、泊松比、材料密度，确定所述待测材料的剪切模量和杨氏模量，其中，所述待测材料的界面波信号波速等于所述待测材料满足预设收敛条件的情况下，所述待测材料在不同频率激励信号下测量得到的多个界面波信号波速的平均值或中位值，所述预设收敛条件为：所述待测材料在不同频率激励信号下测量得到的多个界面波信号波速中最大波速与最小波速的比值未超过第一预设阈值，且最低频率激励信号下测量得到的界面波信号的波长与包裹材料的厚度的比值超过第二预设阈值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在测量不同频率激励信号下所述待测材料表面波信号或界面波信号的运动信息之后，所述方法还包括：

判断所述待测材料表面或内部界面上各个测点采集的超声波信号是否满足可用信号预设条件，其中，所述可用信号预设条件为：各个测点采集的超声波信号的信噪比均高于信噪比预设阈值，且各个测点采集的超声波信号的信号衰减量低于信号衰减量预设阈值；

当所述待测材料表面或内部界面上各个测点采集的超声波信号未满足所述可用信号预设条件的情况下，重新调整对所述待测材料表面波信号或界面波信号进行测量的测量参数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述待测材料为单相材料的情况下，所述方法还包括：

获取所述待测材料分别在第一频率和第二频率激励信号下表面波信号的第一相速度和第二相速度，其中，所述第一频率大于第二频率；

计算所述第一相速度和所述第二相速度的比值；

如果所述第一相速度和所述第二相速度的比值大于相速度比预设阈值，则确定所述单相材料为单相粘性材料；

如果所述第一相速度和所述第二相速度的比值小于或等于相速度比预设阈值，则确定所述单相材料为单相弹性材料。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过如下公式确定所述待测材料的剪切模量和杨氏模量：

E＝2μ(1+ν)；

其中，μ表示剪切模量；E表示杨氏模量；ρ表示待测材料的密度；ν表示泊松比；C_R表示表面波波速或界面波波速。