[發明專利]非線性脈沖反射測量裝置、裝置中探頭的校驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202011004248.7
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112083080B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 張書增;曾勝洋;范明鳳;李雄兵;王猛;卜陽光
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N29/30
• 分類號: G01N29/30;G01N29/04
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 歐陽迪奇

本發明公開了一種非線性脈沖反射測量裝置、裝置中探頭的校驗裝置及方法，首先通過傳統的基于自互易的探頭校驗方式得到標準傳遞函數，然后基于標準傳遞函數，選用另一個探頭發射信號，測量被校驗探頭分別處于不同電路連接下的輸出電流，以修正電路阻抗對探頭傳遞函數的影響。水的絕對非線性系數測量實驗的結果表明，在修正電子設備阻抗對探頭作為接收器時的傳遞函數的影響后，可以實現精確的測量，本發明為壓電接收探頭檢驗技術的發展和脈沖反射非線性測量系統的設計與搭建起到推進和參考作用。

技術領域

本發明涉及一種非線性脈沖反射測量裝置、裝置中探頭的校驗裝置及方法。

背景技術

近來，非線性聲學方法已廣泛用于無損檢測和評估，例如固體材料的早期損傷評估和生物介質中的組織表征。非線性聲學方法通常測量二次諧波(SHG)以獲得非線性參數(β)，該參數定義為二次諧波振幅與基波振幅平方的比值，并得出有關材料狀態的結論。然而，大多數情況下，當前主要利用要求具備雙邊測量條件的透射模式測量材料的相對β以評價材料，所以在對只有單邊測量條件的現場應用中，該方法難以使用。此外絕對β比相對β具有更多的優點，比如它可以定量評估材料損傷和彈性常數的反轉測量。所以可以進行單邊測試在線服役材料的脈沖反射模式下的絕對β測量技術有利于非線性超聲技術的現場應用，更具工業應用價值。

脈沖反射絕對非線性測量技術的發展主要受限于兩個方面：1、反射界面會嚴重改變二次諧波的生成過程，從而會極大降低聲波中二次諧波并影響測量精度，該問題可以通過理論上補償聲波衍射、衰減和反射界面的影響從而提高絕對β的計算準確度；2、由于反射法接收的低二次波幅值，當前主要依靠專門且昂貴的美國RITEC系統來保證測量精度，該系統能在發生高能超聲波的同時，保持整個系統的輸入、輸出阻抗均為統一的50歐姆。此時，通過傳統自互易探頭校驗方法獲得探頭傳遞函數，可準確測量接收質點振動幅值，從而在補償聲波傳播作用下準確測量材料絕對β。然而大部分實驗設備或自主搭建的系統無法滿足專門系統的阻抗匹配和測量精度，也就無法保持非線性聲波測量精度，同時傳統自互易探頭校驗方法也將失效，最終導致無法實現絕對β的準確測量。

故目前需要一種適用的探頭校驗方法，以提高測量精度的同時擺脫對專門系統和特殊設備條件的依賴，進而實現推廣脈沖反射絕對非線性方法的應用和系統搭建。

發明內容

為了解決目前在脈沖反射測量時由于阻抗變化，導致探頭的校準結果有誤從而影響測量結果的技術問題，本發明提供一種能夠有效實現探頭準確校正的非線性脈沖反射測量裝置、裝置中探頭的校驗裝置及方法。

本發明的技術效果在于，給出了在脈沖反射測量系統中準確實現探頭校驗的技術方案，從而能夠修正電子設備阻抗對探頭作為接收器時的傳遞函數，實現精確的測量；同時放寬了非線性脈沖反射測量絕對非線性系數的嚴苛設備條件，不需要使用昂貴的成套系統，可以自主搭建然后利用本發明方法校準所搭建系統對探頭傳遞函數的影響即可實現精確測量。

附圖說明

圖1為本實施例非線性脈沖反射測量裝置示意圖；

圖2為本實施例測量標準傳遞函數的裝置示意圖；

圖3為本實施例測量實際傳遞函數的裝置示意圖；

圖4為本實施例探頭校驗第一步測量的輸入、輸出電流圖；其中(a)為輸入電流圖，(b)為輸出電流圖；

圖5為本實施例50歐姆阻抗下探頭的標準傳遞函數圖；

圖6為本實施例第二步測量電流信號圖，其中兩信號時間軸平移以便于比較；

圖7為本實施例探頭傳遞函數的修正系數C(ω)計算結果圖；

圖8為本實施例探頭連接脈沖反射系統和50歐姆電阻的傳遞函數圖；

圖9為本實施例兩種傳遞函數下的絕對β計算結果隨距離變化關系圖。

具體實施方式