[发明专利]一种利用相位关系测量材料的声非线性系数的方法

权利要求书

1.一种利用相位关系测量材料的声非线性系数的方法，其特征在于：是利用有限振幅超声对存在力学非线性的材料进行无损检测，对检测和/或计算所得的位移信号或质点振动速度信号进行Hilbert变换处理，得到非线性信号的相位，再经数值计算得到归一化角频率，从而根据归一化角频率的最大值对材料的声非线性系数进行测量。

2.根据权利要求1所述的利用相位关系测量材料的声非线性系数的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)在材料的一端激励有限振幅超声信号，并在材料中传播，然后被设置在材料另一端的信号接收器接收并传输到信号记录器中记录；

2)根据步骤1)记录的信号获得或计算出位移信号、声压或质点振动速度信号，然后对位移信号或质点振动速度信号进行Hilbert变换，再经数值计算得到非线性信号的归一化角频率，取其中最大值得到非线性信号的归一化角频率的最大值N_max；

3)利用位移信号的归一化角频率并依据公式β＝4.7ln(1+25lg(N_max))/xP，或利用质点振动速度的归一化角频率并依据公式β＝1.4ln(1+15lg(N_max))/xP得到材料的声非线性系数β；其中：x为超声传播距离或材料的厚度、P为声压值。

3.根据权利要求2所述的利用相位关系测量材料的声非线性系数的方法，其特征在于：步骤1)所述有限振幅超声信号为至少20周正弦信号。

4.根据权利要求2所述的利用相位关系测量材料的声非线性系数的方法，其特征在于：步骤1)所述有限振幅超声信号是将信号发生器产生的电信号传输至功率放大器，放大电压后再施加到超声传感器上产生的。

5.根据权利要求2所述的利用相位关系测量材料的声非线性系数的方法，其特征在于：步骤1)所述材料为流体，所述信号接收器通常为声压接收器，接收到的信号为声压信号P，然后通过公式P＝zv来换算质点振动速度信号v，式中：z为材料的声阻抗；所述位移信号是通过对质点振动速度信号v对时间进行数值积分后获得。

6.根据权利要求2所述的利用相位关系测量材料的声非线性系数的方法，其特征在于：步骤1)所述材料为固体，所述信号接收器为超声传感器，接收到的信号若为位移信号，所述质点振动速度信号v是对位移信号对时间进行数值求导后获得，所述声压信号P是通过公式P＝zv换算所得，式中：z为材料的声阻抗。

7.根据权利要求2所述的利用相位关系测量材料的声非线性系数的方法，其特征在于：步骤1)所述信号记录器为示波器或计算机。

8.根据权利要求2所述的利用相位关系测量材料的声非线性系数的方法，其特征在于：步骤2)所述归一化角频率的最大值N_max的获得过程如下：先对所述的位移信号或质点振动速度信号进行Hilbert变换，得到-π到π的相位；然后对所述相位进行解卷绕后对时间数值求导，对时间的数值求导是将解卷绕后的信号微分后除以时间步长，最后除以激励信号的角频率，即可得到归一化角频率，取其中最大值为归一化角频率的最大值N_max。