[发明专利]一种基于超声导波声场调控技术的隐蔽性柱状钢制结构长度测量方法及装置

权利要求书

1.一种基于超声导波声场调控技术的隐蔽性柱状钢制结构长度测量方法，所述的隐蔽性柱状钢制结构包含芯层和包覆层，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：对隐蔽性柱状钢制结构，求解其群速度频散曲线C_g(f)、相速度频散曲线C_p(f)、衰减曲线Atta(f)，建立标准库；

步骤2：从所述标准库中选择与被测隐蔽性柱状钢制结构对应的相速度频散曲线C_p(f)，以带宽Δf内的相速度值连续变化不超过被测隐蔽性柱状钢制结构纵波波速的变化的百分比α作为第一筛选条件，获得用作检测的初筛候选模态和初筛检测频段；

步骤3：从所述标准库中选取与被测隐蔽性柱状钢制结构对应的群速度频散曲线C_g(f)，用步骤2中获得的初筛候选模态对群速度频散曲线中的模态进行对应，以带宽Δf内的群速度连续变化不超过群速度最大值的变化的百分比α作为第二筛选条件，完成模态的再次过滤，得到二次筛选候选模态；

步骤4：从所述标准库中选取与被测隐蔽性柱状钢制结构对应的衰减曲线，以二次筛选候选模态的衰减曲线的最小值作为第三筛选条件，得到检测主频f_main；

步骤5：根据步骤4得到的检测主频f_main和步骤3得到的二次筛选候选模态进行波结构绘制，以振动位移集中在所述芯层中心附近部位的波结构作为第四筛选条件，筛选出不与所述包覆层发生相互作用的导波模态波结构；

步骤6：根据步骤3得到的二次筛选候选模态、步骤4得到的检测主频f_main和步骤5得到的导波模态波结构，自动推荐导波换能器工作参数及安装参数，进行导波激励，并利用超声导波的声场分布特性和包覆层的材料声学特性实现泄露至被测构件外部导波声能量的自动衰减，接收到纯净的目标模态导波；所述声场分布特性指步骤5得到的导波模态波结构，所述材料声学特性指阻尼参数；

步骤7：读取步骤6中所述的纯净的目标模态导波波形的第一个端面回波波包的传播时间t，并利用导波传播速度v，根据x＝v*t将其转化为传播距离x，x即为所述隐蔽性钢制结构的长度。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声导波声场调控技术的隐蔽性柱状钢制结构长度测量方法，其特征在于：步骤1所述的建立标准库的具体方法为：

针对隐蔽性柱状钢制结构，求解波动控制方程求解波动控制方程其中u表示导波位移场，σ表示应力向量，λ、μ表示材料Lame常数，ρ表示材料密度，H表示等容矢量势；加入等容条件后可以得到特征方程C·A＝0，其中C表示材料的刚度矩阵，A表示隐蔽性柱状钢制结构任意点的位移，求解特征方程，获取特征值、特征向量进而可获得隐蔽性柱状钢制结构中超声导波传播的群速度频散曲线C_g(f)、相速度频散曲线C_p(f)、衰减曲线Atta(f)，建立标准库。

3.根据权利要求1所述的一种基于超声导波声场调控技术的隐蔽性柱状钢制结构长度测量方法，其特征在于：步骤2所述的第一筛选条件包含以下步骤：

1)根据C_p^(m,n)(f)＝C_l，求取纵波波速下的频率值；

2)若取f∈(f-Δf/2,f+Δf/2)；

3)若根据求取f₁值，取f∈(f₁,f₁+Δf)；

4)若根据求取f₂值，取f∈(f₂-Δf,f₂)；

其中C_l表示纵波波速；α表示波速变化的百分比；C_p^(m,n)(f)表示相速度频散曲线；f_min表示最小频率；f_max表示最大频率；Δf表示带宽；f表示频率，f₁表示频段下限频率，f₂表示频段上限频率。