專利名稱：一種單層板蘭姆波非接觸式波速提取的方法
一種單層板蘭姆波非接觸式波速提取的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種對(duì)單層板蘭姆波的波速提取方法。
技術(shù)背景
隨著材料科學(xué)的不斷向前發(fā)展，各種功能型材料不斷涌現(xiàn)，如薄膜材料、超薄板材料，其往往表現(xiàn)出脆性的特征，因此，采用傳統(tǒng)拉伸等破壞性傳統(tǒng)力學(xué)性能測(cè)試的方法將無(wú)法滿足新型材料的需求。在以測(cè)量聲波波速為主的非破壞性檢測(cè)中，由漏蘭姆波和直接反射波的干涉所形成的V(Z)曲線包含材料微結(jié)構(gòu)方面的許多信息，以超聲顯微鏡作為波速測(cè)量工具，可以應(yīng)用于檢彈性模量、殘余應(yīng)力、薄板厚度、密度等材料機(jī)械性質(zhì)，使得超聲顯微鏡在材料力學(xué)特性測(cè)試和定量無(wú)損檢測(cè)等方面獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
利用超聲波對(duì)材料彈性性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量是無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域很有前景的測(cè)量方法之一。 在各向同性均質(zhì)薄板材料中，蘭姆波(Lamb Wave)的傳播具有頻散特性，而該特性又包含了大量材料機(jī)械性質(zhì)的信息，因此通過(guò)波速與波長(zhǎng)或頻率的關(guān)系——即頻散曲線，即可反演出薄板材料的機(jī)械性質(zhì)，如厚度、密度、縱波波速、橫波波速等。
為了達(dá)到上述目的，波速的精確提取顯得尤為必要。目前對(duì)于瑞利波和蘭姆波的波速提取大多數(shù)采用單頻逐點(diǎn)提取的方式，通過(guò)測(cè)量V(ζ)曲線中的振蕩周期□ ζ來(lái)確定表面波和蘭姆波的波速，但其缺點(diǎn)是單頻波速提不適用于多模態(tài)蘭姆波波速的提取。本發(fā)明的目的就是通過(guò)對(duì)二維傅里葉變換算法進(jìn)行優(yōu)化，使之可以應(yīng)用于蘭姆波波速的寬頻連續(xù)波速提取。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決各向同性薄板材料蘭姆波寬頻連續(xù)波速提取的問題，提出一種先進(jìn)的材料波速提取方法。
步驟1)確立波速提取的公式。
這里需要說(shuō)明的是，由于水的負(fù)載效應(yīng)，漏蘭姆波與蘭姆波的波速并不完全一致， 但由于被測(cè)材料的密度遠(yuǎn)大于水的密度，兩者之間的差異是可以忽略的。之后的闡述中將不再區(qū)分蘭姆波和漏蘭姆波。在波速提取的過(guò)程中，依據(jù)V(Z)曲線理論，可根據(jù)如下公式進(jìn)行波速的計(jì)算
權(quán)利要求
1. 一種單層板蘭姆波非接觸式波速提取的方法，其特征在于該方法按照如下步驟進(jìn)行步驟1)確立波速提取的公式；在波速提取的過(guò)程中，依據(jù)V(Z)曲線理論，可根據(jù)如下公式進(jìn)行波速的計(jì)算「 、2Τ1/2vwVl-=Vw. 1~{1~2·/ ζ J其中□ ζ為V(z)曲線振蕩周期，Vff為水的超聲波波速，f為換能器的激勵(lì)頻率，vLamb 為材料的蘭姆波波速；步驟2)搭建測(cè)試系統(tǒng)；該測(cè)試系統(tǒng)包括試樣⑴、水槽與水⑵、換能器⑶、移動(dòng)平臺(tái)⑷、脈沖激勵(lì)/接收儀(5)、示波器(6)、GPIB總線(7)、PXI總控制系統(tǒng)(8)、移動(dòng)伺服馬達(dá)(9)、旋轉(zhuǎn)軸(10)； 其中，在移動(dòng)平臺(tái)(4)下面安裝換能器(3)，換能器(3)與脈沖激勵(lì)/接收儀( 相連，脈沖激勵(lì)/接收儀(5)與示波器(6)相連，示波器(6)通過(guò)GPIB總線(7)與PXI總控制系統(tǒng) (8)相連，PXI總控制系統(tǒng)(8)與移動(dòng)伺服馬達(dá)(9)相連，同時(shí)PXI總控制系統(tǒng)(8)與旋轉(zhuǎn)軸(10)相連；步驟幻聚焦面數(shù)據(jù)采集；將試樣置于換能器的聚焦面，脈沖激勵(lì)/接收儀( 在發(fā)出一個(gè)10-200MHZ的脈沖后轉(zhuǎn)換為接收狀態(tài)，當(dāng)接收到反射信號(hào)后，將信號(hào)傳輸進(jìn)示波器(6)，示波器的采樣頻率為fs， fs為0. 5-5GHz，采樣點(diǎn)數(shù)為Ns;經(jīng)過(guò)示波器的低通濾波后，通過(guò)GPIB總線(7)存儲(chǔ)進(jìn)PXI 總控制系統(tǒng)⑶；步驟4)散焦測(cè)量；將換能器垂直向下移動(dòng)一個(gè)距離口 ζο，□ Z0的取值范圍為1-50 μ m,待移動(dòng)完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采樣頻率為fs，采樣點(diǎn)數(shù)為Ns ；采集結(jié)束后再將換能器垂直向下移動(dòng)□ ^進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，如此重復(fù)采集，共移動(dòng)距離ζ，ζ的取值范圍為2-20mm，得到M組電壓數(shù)據(jù)； 步驟5)時(shí)域傅里葉變換；將所有數(shù)據(jù)沿散焦距離排列好，對(duì)測(cè)得的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域傅里葉變換； 步驟6)空間傅里葉變換對(duì)時(shí)域傅里葉變換的結(jié)果再進(jìn)行沿散焦距離方向的空間傅里葉變換，將散焦距離ζ變換至ζ"1域；步驟7)多模態(tài)追蹤對(duì)多模態(tài)中每個(gè)模態(tài)的極大值分別進(jìn)行追蹤，即可得到該模態(tài)連續(xù)的ζ—1值； 步驟8)波速提取將水的超聲波波速vw、每一個(gè)極大值對(duì)應(yīng)的頻率f與□ ζ代入步驟1)中所示的公式， 即可得到對(duì)應(yīng)模態(tài)連續(xù)的蘭姆波波速。
全文摘要
一種單層板蘭姆波非接觸式波速提取的方法屬于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。超薄玻璃板、薄層陶瓷材料等采用破壞性力學(xué)性能的方法將無(wú)法滿足新型材料的需求。在以測(cè)量聲波波速為主的非破壞性檢測(cè)中，由漏蘭姆波和直接反射波即縱波的干涉所形成的V(z)曲線包含材料性質(zhì)方面的許多信息，例如厚度、密度、楊氏模量、剪切模量等。本發(fā)明基于散焦測(cè)量系統(tǒng)，利用寬頻脈沖作為激勵(lì)源，并接收包含多種頻率成分的超聲波，通過(guò)改進(jìn)的二維傅里葉變換技術(shù)獲得材料的V(z)曲線及其振蕩周期，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)蘭姆波波速的寬頻連續(xù)提取。本發(fā)明可對(duì)不同材料的蘭姆波進(jìn)行快速準(zhǔn)確的波速提??；可對(duì)多模態(tài)波速進(jìn)行提??；可在寬頻范圍內(nèi)對(duì)波速進(jìn)行提取，取代單頻逐點(diǎn)的方式。
文檔編號(hào)G01H5/00GK102539536SQ20111042751
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者何存富, 呂炎, 吳斌, 宋國(guó)榮, 胡躍剛, 譚博濤 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)