[发明专利]一种双层板兰姆波非接触式波速提取的方法

摘要

一种双层板兰姆波非接触式波速提取的方法，涉及瑞利波波速的超声测量方法，属于无损检测技术领域。随着材料科学的不断向前发展，各种功能型材料不断涌现，诸如超薄玻璃板、薄层陶瓷材料等采用传统破坏性力学性能测试的方法将无法满足新型材料的需求。在以测量声波波速为主的非破坏性检测中，由漏兰姆波和直接反射波即纵波的干涉所形成的V(z)曲线包含材料性质方面的许多信息，例如：厚度、密度、杨氏模量、剪切模量等。本发明基于散焦测量系统，利用宽频脉冲作为激励源，并接收包含多种频率成分的超声波，通过改进的二维傅里叶变换技术获得材料的V(z)曲线及其振荡周期，从而实现对兰姆波波速的宽频连续提取。本发明具有以下优点：1)可对不同材料的兰姆波进行快速准确的波速提取；2)可对多模态波速进行提取；3)可在宽频范围内对波速进行提取，取代单频逐点的方式。

主权项

1.一种双层板兰姆波非接触式波速提取的方法，其特征在于该方法按照如下步骤进行：步骤1)：确立波速提取的公式；在波速提取的过程中，依据V(z)曲线理论，可根据如下公式进行波速的计算：其中：□z为V(z)曲线振荡周期，v_w为水的超声波波速，f为换能器的激励频率，v_Lamb为材料的兰姆波波速；步骤2)：搭建测试系统；该测试系统包括：试样(1)、水槽与水(2)、换能器(3)、移动平台(4)、脉冲激励/接收仪(5)、示波器(6)、GPIB总线(7)、PXI总控制系统(8)、移动伺服马达(9)、旋转轴(10)；其中，在移动平台(4)下面安装换能器(3)，换能器(3)与脉冲激励/接收仪(5)相连，脉冲激励/接收仪(5)与示波器(6)相连，示波器(6)通过GPIB总线(7)与PXI总控制系统(8)相连，PXI总控制系统(8)与移动伺服马达(9)相连，同时PXI总控制系统(8)与旋转轴(10)相连；步骤3)：聚焦面数据采集；将试样置于换能器的聚焦面，脉冲激励/接收仪(5)在发出一个10-200MHz的脉冲后转换为接收状态，当接收到反射信号后，将信号传输进示波器(6)，示波器的采样频率为f_S，f_S为0.5-5GHz，采样点数为N_s；经过示波器的低通滤波后，通过GPIB总线(7)存储进PXI总控制系统(8)；步骤4)：散焦测量；将换能器垂直向下移动一个距离□z₀，□z₀的取值范围为1-50μm，待移动完成后进行数据采集，采样频率为f_S，采样点数为N_s；采集结束后再将换能器垂直向下移动□z₀进行数据采集，如此重复采集，共移动距离z，z的取值范围为2-20mm，得到M组电压数据；步骤5)：时域傅里叶变换；将所有数据沿散焦距离排列好，对测得的电压数据进行时域傅里叶变换；步骤6)：空间傅里叶变换对时域傅里叶变换的结果再进行沿散焦距离方向的空间傅里叶变换，将散焦距离z变换至z^-1域；步骤7)：多模态追踪对多模态中每个模态的极大值分别进行追踪，即可得到该模态连续的z^-1值；步骤8)：波速提取将水的超声波波速v_W、每一个极大值对应的频率f与□z代入步骤1)中所示的公式，即可得到对应模态连续的兰姆波波速；步骤9)：去除上述兰姆波波速大于10000m/s的数据。