[發明專利]一種測量雙層板各層厚度的Lamb波厚度共振方法

在審

• 申請號: 202111146356.2
• 申請日: 2021-09-28
• 公開（公告）號: CN113916165A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 潘蕾;沈中華
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01B17/02
• 分類號: G01B17/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發明公開了一種測量雙層板各層厚度的Lamb波厚度共振方法，雙層板Lamb波截止頻率與雙層板厚度比有關，當測得Lamb波截止頻率時，找到對應的厚度比，便可以求出每一層的厚度。本發明利用超聲Lamb波在截止頻率處產生的多模態厚度共振，對雙層板各層厚度進行表征；該方法克服了傳統超聲脈沖回波測厚法，在板厚小于兩倍波長時，回波信號互相混疊以致無法測量的缺點，當雙層板厚度在波長量級甚至小于波長時，也能夠很好的測量各層厚度。

技術領域

本發明涉及超聲領域，具體涉及一種測量雙層板各層厚度的Lamb波厚度共振方法。

背景技術

板狀固體材料在建筑業、航空航天、壓力容器制造、醫藥、鍍膜技術等方面都有非常廣泛的應用。相比于材料、厚度單一的單層板，雙層板結構在不降低產品性能的前提下，發揮各個材料的優勢，實現材料資源的最優配置，呈現剛度大、沖擊性能好、成本低等效果，具有很好的經濟效益和社會效益。在表征層板質量的一系列性能指標中，厚度不但是表征層板本身幾何尺寸的一個參量，而且對層板的性能以及壽命均有很大的影響，因此厚度成為層板質量評價中至關重要的參數之一。

超聲波測量方法具有傳播距離長、穿透力強、對被測結構要求低、受測試環境影響小等優點。目前，測量雙層板各層厚度使用比較多的方法是脈沖回波法，脈沖回波測厚法的原理主要是通過測量超聲脈沖在樣品中的傳播時間，然后根據傳播速度求出樣品厚度，如文獻1(DEM CˇENKO A，AKKER MAN R,VISSER H A.Ultrasonic measurements ofundamaged concrete layer thickness in a deteriorated concrete structure[J].NdtE International,2016(77):63-72)。超聲換能器產生一定頻率的脈沖波，垂直入射到樣品表面。入射波在不同介質中傳播時，在相鄰兩介質的界面處會產生反射波。但當薄層厚度小于兩倍波長時，被測樣品上、下表面、交界面處的反射回波就會混疊在一起，不易分辨，導致薄層測厚無法實現。

發明內容

本發明的目的在于提供一種測量雙層板各層厚度的Lamb波厚度共振方法，利用Lamb波在截止頻率處可以產生多模態的厚度共振，對雙層板各層厚度進行表征，當雙層板厚度在波長量級甚至小于波長時，也能夠很好的測量各層厚度。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種測量雙層板各層厚度的Lamb波厚度共振方法，確定雙層板Lamb波截止頻率與雙層板厚度比的變化曲線，通過實驗測得截止頻率，找到對應的厚度比，求出每一層的厚度。

進一步的，理論推導出雙層板Lamb波截止頻率與層板厚度之間的關系，其中各層厚度用雙層板厚度比和總厚度來描述。

利用超聲縱波直探頭進行Lamb波厚度共振模式的激發探測實驗，得到待測樣品的截止頻率，再對照理論截止頻率隨雙層板厚度比變化的曲線，可以找到對應的厚度比。

假定兩板的密度為ρ_i，縱波速度為c_Li，橫波速度為c_Ti，厚度比為r，i表示在第幾層，i＝1、2，雙層板的總厚度為d，得到雙層板Lamb波截止頻率f_c與厚度比r之間的關系為：

或

進一步的，在材料密度、橫波速度和雙層板總厚度已知的情況下，得到不同厚度比r下，對應的Lamb波截止頻率，作出雙層板Lamb波截止頻率隨厚度比r變化的曲線。