[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

本發明公開了一種利用電磁超聲導波頻散特性快速測量金屬板材厚度方法；該方法利用周期性永磁體電磁換能器發射水平剪切導波，沿傳播方向多次(至少需要移動一次)平移接收傳感器位置后并記錄導波信號。然后，利用信號處理方法分別對不同位置的導波信號進行分析計算。在此基礎上，通過對超聲導波在金屬板材中傳播的體波波速以及不同模態的相速度的計算，結合電磁超聲導波的頻散特性實現對金屬板材厚度的快速準確測量，本發明有效解決了超聲導波在金屬板材中傳播速度無法準確獲得的問題，消除了金屬板材幾何形狀以及外部測量條件對波速測量的影響，具有檢測速度快、準確度高等顯著特點。

【技術領域】

本發明屬于金屬板材的測厚領域，具體涉及一種利用電磁超聲導波頻散特性快速測量金屬板材厚度方法。

【背景技術】

金屬板材在生產加工過程中由于制造水平限制容易出現厚度不均。同時，實際使用中磨損、應力或腐蝕等因素會進一步加劇其厚度變化，降低設備的穩定性、可靠性和使用壽命。因此，金屬板材的精準測厚是確保其質量和性能的首要前提，對安全生產至關重要。目前常用的測厚方法多為壓電式超聲檢測技術。該技術作為一種接觸測量技術，對被測試件表面條件要求苛刻，檢測過程必須使用耦合劑，適用范圍有限而且檢測精度不高。

和壓電式超聲檢測技術相比，電磁超聲檢測技術作為非接觸測量技術，對試件表面條件沒有要求，適用于各種檢測環境。同時，檢測過程中無需耦合劑可有效提高檢測效率，因而近年來得到了廣泛應用。然而，現有的電磁超聲檢測技術主要利用超聲導波在金屬內的傳播速度和傳播時間直接計算試件厚度，導致檢測精度往往不高。

為了有效提高電磁超聲檢測技術的測厚精度，近年來國內外研究人員在電磁超聲換能器的制作工藝、優化設計以及信號處理等領域進行了大量工作，并不斷涌現出新的理論和方法，其中電磁超聲導波就是一種很有發展潛力的新技術。但由于電磁超聲導波在金屬板材中傳播行為的復雜性，對板材本身幾何形狀的高度依賴性以及特有的頻散現象，往往無法準確計算出金屬板材中的多種超聲導波傳播速度，實現對金屬板材厚度的精準測量。

【發明內容】

本發明的目的在于克服上述技術缺點，提供一種利用電磁超聲導波頻散特性快速測量金屬板材厚度方法，該方法用于解決現有的測量金屬板材方法中無法對金屬板材厚度精確測量的缺陷。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

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頻率f₀，通過f₀得到SH₁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3，通過體波波速和相速度計算金屬板材的厚度。

本發明的進一步改進在于

優選的，步驟1中，在金屬板材同側放置發送周期性永磁體電磁換能器和接收周期性永磁體電磁換能器，每移動一次接收周期性永磁體電磁換能器發射并記錄一個水平剪切導波信號。

優選的，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換能器和接收周期性永磁體電磁換能器之間的距離在5倍到25倍的波長之間。

優選的，步驟2具體包括以下步驟：