[發明專利]利用電磁超聲導波頻散特性快速測量金屬板材厚度方法

有效

• 申請號: 202010125399.1
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111256630B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 樊萍;劉新寶;朱麟
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: G01B17/02
• 分類號: G01B17/02;G01B7/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

1.利用電磁超聲導波頻散特性快速測量金屬板材厚度方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，通過周期性永磁體電磁超聲換能器，發射并記錄M個水平剪切導波信號，M為≥2的自然數；步驟1中，在金屬板材同側放置發送周期性永磁體電磁超聲換能器和接收周期性永磁體電磁超聲換能器，每移動一次接收周期性永磁體電磁超聲換能器發射并記錄一個水平剪切導波信號；其中，發送周期性永磁體電磁超聲換能器和接收周期性永磁體電磁超聲換能器的周期性永磁體均包括多個條形永磁體，多個條形永磁體沿磁體兩極連線的垂直方向對齊排列，相鄰兩個條形永磁體的端部磁極不同；

步驟2，對記錄的M個水平剪切導波信號進行快速傅里葉變換，得到每一個水平剪切導波信號的頻域信號；針對M個頻域信號，利用互相關函數求出M個SH₀模態的頻率f₀，通過f₀得到SH₁模態的頻率f_1，m；結合導波波長，計算出水平剪切導波傳播的體波波速和SH₁模態的相速度；

步驟2具體包括以下步驟：

步驟2.1對任意兩次采集到的時域離散信號x(t)和y(t)，通過下式(1)計算出相對應的頻域信號幅度為X(k)和Y(k)；其中X(k)代表信號x(t)傅里葉變換后的復數函數F(k)中幅度|F(k)|隨頻率變化的關系，Y(k)代表信號y(t)傅里葉變換后的復數函數F(k)中幅度|F(k)|隨頻率變化的關系；

其中，j為虛數單位，k為諧波次數，取值從0到U-1；U≥L，L為水平剪切導波信號的長度；

步驟2.2通過下式(3)對兩個時域離散信號x(t)和y(t)進行互相關函數運算；

其中，R_X(k)和R_Y(k+i)分別對應于頻域離散信號X(k)和Y(k+i)的歸一化幅值，i為諧波次數之間的差值，U≥i≥-U；

共得到組R(i)值；

步驟2.3針對組R(i)值，當i＝0，且R(i)為最大值時，選取對應導波信號R_X(k)和R_Y(k)的最大峰值所對應的頻率為SH₀模態的頻率f₀；

步驟2.4對M次測量數據經過R(i)值計算后，得到N次(N≤M)有效測量；選取每組有效測量頻域信號中f₀后面的第一個峰值為一次SH₁模態導波的頻率f_1,m，進行了N次計算，SH₁模態導波的頻率f₁計算如下：

其中，m為有效測試次數，m=1,2…N， f_1,m為第m次測試得到的回波信號中f₀后面的第一個峰值的頻率；

步驟2.5SH導波在金屬中傳播的體波波速v_T為：

v_T＝v_p0＝λf₀ (7)

其中，λ為水平剪切導波的波長；

步驟2.6水平剪切導波SH₁模態的相速度v_p1為：

v_p1＝λf₁ (8):

步驟3，通過體波波速和相速度計算金屬板材的厚度；

步驟3中，通過式(12)計算金屬板材的厚度h：

其中，v_p1和v_T分別是水平剪切導波SH₁模態在金屬中傳播的相速度和水平剪切導波傳播的體波波速。

2.根據權利要求1所述的利用電磁超聲導波頻散特性快速測量金屬板材厚度方法，其特征在于，步驟1中，每次發射并記錄水平剪切導波信號時，發送周期性永磁體電磁超聲換能器和接收周期性永磁體電磁超聲換能器之間的距離在5倍到25倍的波長之間。