[發(fā)明專利]一種基于后退波的固體板厚度測(cè)量裝置及其方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910349200.0
• 申請(qǐng)日: 2019-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN109974639B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡中韜;廉國(guó)選;王小民;毛捷;吳樵;莊澤宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01B17/02
• 分類號(hào): G01B17/02
• 代理公司: 北京方安思達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;楊青

本發(fā)明涉及固體板厚度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于后退波的固體板厚度測(cè)量裝置，該裝置置于固體板(1)，該裝置具體包括：第一楔塊(2)、第二楔塊(4)、發(fā)射換能器(5)和接收換能器(3)；第一楔塊(2)與第二楔塊(4)相對(duì)放置，且二者的斜面相對(duì)；第二楔塊(4)的斜面上放置發(fā)射換能器(5)，用于以固定的入射角發(fā)射窄脈沖超聲波，并入射到固體板(1)中，形成具有相同的后退波激勵(lì)點(diǎn)的相速度范圍的前進(jìn)波和后退波；第一楔塊(2)的斜面上放置接收換能器(3)，用于接收上述后退波激勵(lì)點(diǎn)的相速度范圍的后退波；該裝置還包括：數(shù)據(jù)處理模塊，用于根據(jù)接收的后退波激勵(lì)點(diǎn)的相速度范圍的后退波，計(jì)算固體板的厚度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固體板厚度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于后退波的固體板厚度測(cè)量裝置及其方法。

背景技術(shù)

蘭姆波是一種形成于板中的導(dǎo)波，具有頻散特性，可通過瑞利—蘭姆頻散方程得到各模式的相(群)速度與頻厚積的關(guān)系。由于蘭姆波傳播過程中衰減小，傳播距離遠(yuǎn)，在短時(shí)間內(nèi)能夠覆蓋大部分的檢測(cè)范圍，被廣泛地應(yīng)用于大面積板、殼結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)以及材料厚度測(cè)量等技術(shù)領(lǐng)域。

目前，采用的基于蘭姆波的板厚度測(cè)量方法都是基于前進(jìn)波的，而前進(jìn)波具有模式較多的特點(diǎn)；精確地控制激發(fā)超聲波的入射角度和中心頻率能夠在板中生成特定模式蘭姆波；蘭姆波僅僅控制一個(gè)條件，就會(huì)生成一些列模式。但是，在通常超聲檢測(cè)中，所采用的頻帶較寬的窄脈沖超聲入射情況下，板中會(huì)出現(xiàn)多個(gè)前進(jìn)波模式共存的情況，使得采集的信號(hào)難以被清楚地分辨。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，為解決現(xiàn)有的板厚度測(cè)量方法存在的上述缺陷，本發(fā)明提出了一種基于后退波的固體板厚度測(cè)量裝置，該裝置以特定角度入射到板中的窄脈沖超聲波，在入射區(qū)域，將同時(shí)形成后退波模式和前進(jìn)波模式，因?yàn)槎叩娜核俣葌鞑シ较蛳喾矗S著時(shí)間增長(zhǎng)，兩者將在空間上分離。在板的頻散曲線中，相對(duì)于具有正群速度的前進(jìn)波模式，后退波模式在頻率上的存在范圍較窄，模式段數(shù)量較少，能夠在聲源激勵(lì)的反方向或前進(jìn)波傳播方向的反方向，探測(cè)到較為純凈的后退波。通過檢測(cè)后退波的峰值頻率，并根據(jù)特定材料后退波模式的頻厚積，便能夠得到板的厚度，解決了在基于前進(jìn)波的測(cè)量方法中所遭遇的多模式共存的問題，可實(shí)現(xiàn)在固定窄脈沖發(fā)射源位置的情況下，一定距離內(nèi)對(duì)板厚度展開連續(xù)測(cè)量，且具有較高精度。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種基于后退波的固體板厚度測(cè)量裝置，該裝置置于固體板，該裝置具體包括：第一楔塊、第二楔塊、發(fā)射換能器和接收換能器；

第一楔塊與第二楔塊相對(duì)放置，且二者的斜面相對(duì)；第二楔塊的斜面上放置發(fā)射換能器，用于以固定的入射角發(fā)射窄脈沖超聲波，并入射到固體板中；其中，窄脈沖超聲波作為聲源，同時(shí)形成具有相同的后退波激勵(lì)點(diǎn)的相速度范圍的前進(jìn)波和后退波；第一楔塊的斜面上放置接收換能器，用于接收后退波激勵(lì)點(diǎn)的相速度范圍的后退波；

該裝置還包括：數(shù)據(jù)處理模塊，用于根據(jù)接收的后退波激勵(lì)點(diǎn)的相速度范圍的后退波，計(jì)算固體板的厚度。其中，固體板包括：木板、金屬薄板和玻璃板。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)之一，所述數(shù)據(jù)處理模塊具體包括：

接收單元，用于接收后退波激勵(lì)點(diǎn)的相速度范圍的后退波；

處理單元，用于根據(jù)后退波激勵(lì)點(diǎn)的相速度范圍，獲取與其對(duì)應(yīng)的頻厚積；

計(jì)算單元，用于根據(jù)后退波激勵(lì)點(diǎn)的相速度范圍的后退波的頻率峰值和頻厚積，計(jì)算固體板的厚度。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)之一，所述數(shù)據(jù)處理模塊還包括：數(shù)據(jù)處理單元，用于根據(jù)等間距移動(dòng)接收換能器獲得不同的測(cè)試點(diǎn)的后退波的頻率峰值和頻厚積，計(jì)算不同測(cè)試點(diǎn)的固體板的厚度，再求和、取平均，獲得平均后的固體板的厚度，有助于減小誤差。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)之一，所述第一楔塊的斜面與固體板之間夾角θ由選定的后退波激勵(lì)點(diǎn)的相速度確定，具體地，則夾角θ滿足：