[发明专利]一种三层结构中间薄层物理特性参数测量方法

摘要

本发明公开了一种三层结构中间薄层物理特性参数测量方法，能够在已知三层结构上层和下层纵波声速、横波声速和密度，及各层的厚度的情况下，实现中间薄层的纵波声速、横波声速和密度的三参数的同时测量，解决传统方法无法测量中间薄层的横纵波声速、密度的问题。

主权项

1.一种三层结构中间薄层物理特性参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：从三层结构上表面垂直入射超声脉冲，并接收回波信号e；步骤二：截取所述回波信号e的上界面的一次回波信号S_1e作为观测波场；步骤三：建立二维三层结构介质模型，设定各层的厚度，根据中间薄层的材料的物理特性参数的常见范围，设定中间薄层的纵波声速V_L、横波声速V_S和介质密度ρ三个物理量的初值；步骤四：将中间薄层的纵波声速V_L、横波声速V_S和介质密度ρ三个物理量的当前值代入二维三层结构介质模型中，代入关系如式(0)所示：式中，λ和μ为拉梅系数；对所述的二维三层结构介质模型进行弹性波全波形正演模拟，计算得到观测点沿z方向速度v_z分量随时间的变化，记为正演回波信号m；其中，z为垂直所述三层结构上表面向下的方向；步骤五：截取正演回波信号m的上界面的一次回波信号S_1m作为观测波场,计算一次回波信号S_1e与正演回波信号m的上界面的一次回波信号S_1m之间的波场残差ΔS，基于公式(2)，根据波场残差ΔS计算目标函数值E,设可接受的反演波形损失为E_A，判断：当E＜E_A时，输出当前纵波声速V_L、横波声速V_S和密度ρ的值，结束迭代；否则进入步骤六；E＝||S_1m‑S_1e||₂＝||ΔS||₂    (2)步骤六：对中间薄层的纵波声速V_L施加一个微小的扰动δV_L，对中间薄层纵波声速为V_L+δV_L，横波声速为V_S和密度为ρ的二维三层结构介质模型进行弹性波全波形正演模拟，得到扰动回波信号r，截取扰动回波信号的上界面的一次回波信号S_1r；计算得到的纵波声速V_L修正量ΔV_L如公式(3)所示，并更新V_L＝V_L+ΔV_L；其中，上角标T表示转置；步骤七：采用步骤六更新后的纵波声速V_L，返回执行步骤四和步骤五，并获得当前的目标函数值E，判断：当E＜E_A时，输出纵波声速V_L、横波声速V_S和密度ρ的值，结束迭代；否则进入步骤八；步骤八：对中间薄层的横波声速V_S施加一个微小的扰动δV_S，对中间薄层纵波声速为V_L，横波声速为V_S+δV_S和密度为ρ的二维三层结构介质模型进行弹性波全波形正演模拟，得到新的扰动回波信号r′，截取扰动回波信号r′的上界面的一次回波信号S₁′_r，利用公式(14)计算得到的V_S修正量ΔV_S，并更新V_S＝V_S+ΔV_S；步骤九：基于步骤八更新后的V_S，返回执行步骤四和步骤五，并获得当前的目标函数值E，判断：当E＜E_A时，输出纵波声速V_L、横波声速V_S和密度ρ的值，结束迭代；否则进入步骤十；步骤十：对中间薄层的密度ρ施加一个微小的扰动δρ，对中间薄层纵波声速V_L、横波声速V_S和密度为ρ+δρ的二维三层结构介质模型进行弹性波全波形正演模拟，得到新的扰动回波信号r″，截取扰动回波信号r″的上界面的一次回波信号S₁″_r，利用公式(15)计算得到密度的修正量Δρ，并更新ρ＝ρ+Δρ；步骤十一：基于步骤十更新后的密度ρ，返回执行步骤四和步骤五，并获得当前的目标函数值E，判断：当E＜E_A时，输出纵波声速V_L、横波声速V_S和密度ρ的值，结束迭代；否则进入步骤六。