[发明专利]一种随温度变化的超声波传播速度测量方法

摘要

本发明公开了一种随温度变化的超声波传播速度测量方法，根据介质温度‑超声传播特性，采用超声回波法，基于热传导反问题的求解可快速测量随温度变化的超声波传播速度，适用于固体介质中随温度变化条件的超声纵波、横波和表面波等波速的测量；本发明具有测量周期短、测量精度高等优点，而且将超声传播速度表示为随位置和时间变化的分段函数模型，可以对任意随速度进行识别且不需要任何先验知识。

主权项

1.一种随温度变化的超声波传播速度测量方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：由标定实验，获取试件室温状态下的超声波传播速度V0；步骤二：对试件进行加热，由超声波脉冲回波法，试件ti时刻的超声波传播时间ti,exp；步骤三：建立超声波传播速度测量的优化模型。优化的目标函数为： J ( V ) = Σ i = 1 N { t i , c a l - t i , exp } 2 = Σ i = 1 N { 2 ∫ 0 L 1 V [ T ( t i ) ] d x - t i , exp } 2 ]]>其中：V为待测量的超声传播速度；ti,cal为数值计算得到的ti时刻的超声波传播时间，下标i表示的测量时间序数，N表示总的测量时间点数；L为试件被测方向的长度；约束条件为: ( ρ c ) ∂ T ∂ t = k ∂ 2 T ∂ x 2 0 < x < L , t > 0 T ( 0 , t ) = T 0 , t , T ( L , t ) = T L , t t > 0 T ( x , 0 ) = T 0 ]]>f(Vj)＝V0其中：k，C和ρ分别为被测材料的导热系数、比热容和密度；T0,t为加热面温度，由加热器进行控制；TL,t为超声探头放置端的温度，T0为试件的初始温度；j为将超声传播速度表示为随位置和时间变化的分段函数数目，f(Vj)为分段函数拟合而成的数学公式；步骤四：求解热传导反问题，获得超声波传播速度V；求解的基本过程为：(1)输入介质材料热物性参数、尺寸以及初始值；(2)将超声传播速度表示为随位置和时间变化的分段函数；(3)数值求解热传导方程，求出温度场T(x,t)和目标函数J(V)的值；(4)采用伴随方程算法对参数值进行优化，获得较优的V值；(5)判断是否收敛(取ε≤1e-6)，若收敛，则停止计算；否则返回步骤(2)重复迭代，直到到达收敛；(6)获得固体介质中随温度变化的超声波传播速度V。