[发明专利]一种各向异性材料纵波声速的测量方法

摘要

本发明属于无损检测技术领域，涉及对采用超声探头测量各向异性材料纵波声速方法的改进。其特征在于，采用相控阵超声线阵探头进行测量，测量的步骤如下：超声回波数据采集及存储；获取超声回波信号的底波传播时间数据组；计算底波传播时间平均值数据组；计算声波最短路径传播角度数据组和声波最短传播路径数据组；计算各声波最短路径传播角度下所对应的纵波声速数据组；构造纵波传播速度V与声波传播角度Θ的解析函数。本发明提出了一种改进的各向异性材料纵波声速的测量方法，简化了测量步骤，缩短了测量周期，提高了测量精度。

主权项

一种各向异性材料纵波声速的测量方法，由各向异性材料制成的被测试样具有长方体外形，在被测试样内部不存在缺陷，其特征在于，采用相控阵超声线阵探头进行各向异性材料纵波声速的测量，测量的步骤如下：1.1、超声回波数据采集及存储：将包含N个阵元晶片的相控阵超声线阵探头放置在被测试样的上表面上，N不小于16，在纵波声速测量过程中不移动相控阵超声线阵探头位置；设置相控阵超声探伤仪，使相控阵超声线阵探头中从端头起的至少连续M个阵元晶片依次发射超声波，M不小于3且不大于N/4，同时，每个发射阵元晶片发射超声波时，采集相控阵超声线阵探头中从发射阵元晶片起的连续N‑M+1个阵元晶片接收到的超声回波信号，作为一个超声回波数据组U_m＝{U_m1,U_m2,…,U_mi,…,U_m(N‑M+1)}，m为超声回波数据组的序号，m＝1,2,…,M，并将超声回波数据组U_m进行存储；1.2、获取超声回波信号的底波传播时间数据组：定义底波传播时间t为超声回波信号中始波与底波之间的时间差；依次提取超声回波数据组U_m中每个超声回波信号的底波传播时间，形成底波传播时间数据组t_m＝{t_m1,t_m2,…,t_mi,…,t_m(N‑M+1)}；1.3、计算底波传播时间平均值数据组：按照下式对M个底波传播时间数据组中序号对应的数据项取平均值，得到底波传播时间平均值数据组$\stackrel{\&OverBar;}{t}=\{{\stackrel{\&OverBar;}{t}}_1,{\stackrel{\&OverBar;}{t}}_2,...,{\stackrel{\&OverBar;}{t}}_i,...,{\stackrel{\&OverBar;}{t}}_{N-M+1}\},$${\stackrel{\&OverBar;}{t}}_i=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{t_{\mathrm{mi}}}{M}...\left[1\right]$式中，i＝1,2,…,N‑M+1；1.4、计算声波最短路径传播角度数据组和声波最短传播路径数据组：定义声波最短路径传播角度θ为两条直线的夹角，一条为过发射阵元晶片中心并垂直于被测试样底面的直线，另一条为发射声波传播线，发射声波传播线为发射阵元晶片中心与被测试样底面反射点的连线，底面反射点是发射阵元晶片中心和接收阵元晶片中心连线的垂直平分线与底面的交点；定义声波最短传播路径S由发射声波传播线和接收声波传播线组成，接收声波传播线为被测试样底面反射点与接收阵元晶片中心的连线；1.4.1、按照下式计算从端头起的第1个阵元晶片发射的声波最短路径传播角度数据组θ_n：θ_n＝tan^‑1[(n‑1)p/(2H)]……………………………………………………[2]式中：n是接收阵元晶片的序号，n＝1,2,…,N‑M+1；p是相控阵超声线阵探头的阵元晶片间距；H是被测试样厚度；声波最短路径传播角度数据组θ_n中的数据项分别与底波传播时间平均值数据组中序号相同的数据项对应；1.4.2、按照下式计算从端头起的第1个阵元晶片发射的声波最短传播路径数据组S_n：S_n＝sqrt[((n‑1)p)²+4H²]…………………………………………………[3]声波最短传播路径数据组S_n中的数据项分别与底波传播时间平均值数据组中序号相同的数据项对应；1.5、计算各声波最短路径传播角度下所对应的纵波声速数据组v_n：将声波最短传播路径数据组S_n中的数据项与底波传播时间平均值数据组中序号对应数据项做相除运算，得到各声波最短路径传播角度下所对应的纵波声速数据组v_n；1.6、构造纵波传播速度V与声波传播角度Θ的解析函数：利用上述步骤中所获得的纵波声速数据组v_n和声波最短路径传播角度数据组θ_n中的对应数据项，采用最小二乘曲线拟合方法，构造纵波传播速度与声波传播角度的至少4阶解析函数：V＝aΘ⁴+bΘ³+cΘ²+dΘ+e…………………………………………………[4]式中，V是纵波传播速度；Θ是声波传播角度，0≤Θ<π/2；a、b、c、d、e为解析函数的系数。