钢板中水平切变导波波长的测量方法及用于该方法的电磁超声换能器

摘要

钢板中水平切变导波波长的测量方法及用于该方法的电磁超声换能器，它涉及水平切变导波波长的测量方法及用于该方法的电磁超声换能器。它为解决现有测量钢板中水平切变导波波长的方法及装置对后期信号处理的要求高以及超声换能器结构复杂的问题。测量波长首先需要初始设定，发射换能器在钢板材上激发出水平切变导波；并由接收换能器接收该水平切变导波并进行时频分析，得到两个特定的激发频率和接收频率以及所激发出导波的传播时间；测量波长时，发射换能器在钢板材激发出水平切变导波，测得接收频率和传播时间并通过公式求得波长。它具有换能器结构简单，易安放，信号处理简易的优点。它用于电磁超声换能器在钢板材中激发水平切变导波波长的测量。

主权项

钢板中水平切变导波波长的测量方法，实现所述测量方法的装置包括发射换能器(1)和接收换能器(2)；所述发射换能器(1)和接收换能器(2)均设置在钢板材(3)上表面上；所述接收换能器(2)接收钢板材(3)被发射换能器(1)激发出的水平切变导波；所述发射换能器(1)由n字形磁铁(1‑1)和曲折线圈(1‑2)组成；所述曲折线圈(1‑2)设置在n字形磁铁(1‑1)两个极靴之间；所述曲折线圈(1‑2)位于n字形磁铁(1‑1)形成的水平磁场中；发射换能器(1)中的曲折线圈的间距为L₀；其特征在于它由如下步骤完成：步骤一：初始设定；步骤一一：在钢板材(3)上表面放置发射换能器(1)和接收换能器(2)，在测量过程中，保持两个换能器之间的距离l不变；步骤一二：所述发射换能器(1)中的曲折线圈(1‑2)通入激发频率为f_E的Tone‑Burst信号，Tone‑Burst信号的脉冲串宽度为t_d；发射换能器(1)在钢板材(3)中激发出水平切变导波；设置在钢板材(3)表面上的接收换能器(2)接收钢板材(3)中传播的水平切变导波并进行时频分析，得到接收的水平切变导波的接收频率为f_G，以及水平切变导波的传播时间t_G；步骤一三：采用由低频到高频的方式以最小频率步长逐个扫描激发频率f_E，并得到每个激发频率f_E所对应的接收频率为f_G；通过对激发频率f_E逐个扫描得到两个激发频率f_E1和f_E2，并得到所述两个激发频率f_E1和f_E2所分别对应的两个接收频率f_G1和f_G2，所述两个激发频率f_E1和f_E2满足f_G1=f_E1，f_G2=f_E2，并且记录所述激发频率f_E1与接收频率f_G1所对应的水平切变导波的传播时间为t_G1；记录所述激发频率f_E2与接收频率f_G2所对应的水平切变导波的传播时间为t_G2；步骤一四：计算步骤一三得到的两个接收水平切变导波信号之间的时间差值Δt₁₂；所述时间差值Δt₁₂=t_G1‑t_G2；步骤二：实际测量；将发射换能器(1)置于钢板材(3)表面上；并在间距为L₀的曲折线圈(1‑2)中通入Tone‑Burst信号，激发频率为f_E0，脉冲串宽度与步骤一二中的脉冲串宽度t_d相同，求解此时发射换能器(1)在钢板材(3)中激发出水平切变导波的波长；步骤三：接收换能器(2)置于钢板材(3)表面上，并且两个换能器之间的距离与步骤一一中两个换能器之间的距离l相同；步骤四：记录接收换能器(2)所接收到钢板材(3)激发的水平切变导波的频率f_G0和波形峰值时间t_G0；步骤五：计算时间差值Δt₀₁=t_G0‑t_G1；t_G1为步骤一三中得到的所述激发频率f_E1与接收频率f_G1所对应的水平切变导波的传播时间；步骤六：通过公式计算的水平切变导波的波长：$\lambda ={2L}_0·(1+(1-\frac{f_{G2}}{f_{G1}})\frac{{\mathrm{\Delta t}}_{01}}{{\mathrm{\Delta t}}_{12}})·\frac{f_{G1}}{f_{G0}}$     公式最终完成水平切变导波波长的测量。