一种各向同性块体材料瑞利波非接触式波速提取的方法

摘要

一种各向同性块体材料瑞利波非接触式波速提取的方法属于无损检测技术领域。在以测量声波波速为主的非破坏性检测中，由漏表面波和直接反射波即纵波的干涉所形成的V(z)曲线包含材料微结构方面的许多信息，本发明基于散焦测量系统，利用宽频脉冲作为激励源，并接收包含多种频率成分的超声波，通过改进的二维傅里叶变换技术获得材料的V(z)曲线及其振荡周期，从而实现对块体材料瑞利波波速的提取。本发明可对不同材料的瑞利波波速进行提取；可在宽频范围内对瑞利波波速进行提取，取代单频逐点的方式；可对不同频率段内的瑞利波波速进行提取，选择平均后的值作为材料的瑞利波波速，避免了单频提取时由于偶然因素造成的随机误差。

主权项

一种各向同性块体材料瑞利波非接触式波速提取的方法，其特征在于该方法按照如下步骤进行：步骤1）：确立波速提取的公式；在波速提取的过程中，依据V(z)曲线理论，根据如下公式进行波速的计算： v SAW = v w · [ 1 - ( 1 - v w 2 · f · Δz ) 2 ] - 1 / 2 其中：Δz为V(z)曲线振荡周期，vw为水的超声波波速，f为换能器的激励频率，vSAW为材料的表面波波速；步骤2）：搭建测试系统；该测试系统包括：试样（1）、水槽与水（2）、换能器（3）、移动平台（4）、脉冲激励/接收仪（5）、示波器（6）、GPIB总线（7）、PXI总控制系统（8）、移动伺服马达（9）、旋转轴（10）；其中，在移动平台（4）下面安装换能器（3），换能器（3）与脉冲激励/接收仪（5）相连，脉冲激励/接收仪（5）与示波器（6）相连，示波器（6）通过GPIB总线（7）与PXI总控制系统（8）相连，PXI总控制系统（8）与移动伺服马达（9）相连，同时PXI总控制系统（8）与旋转轴（10）相连；步骤3）：聚焦面数据采集；将试样置于换能器的聚焦面，脉冲激励/接收仪（5）在发出一个10‑200MHz的脉冲后转换为接收状态，当接收到反射信号后，将信号传输进示波器（6），示波器的采样频率为fS，fS为0.5‑5GHz，采样点数为Ns；经过示波器的低通滤波后，通过GPIB总线（7）存储进PXI总控制系统（8）；步骤4）：散焦测量；将换能器垂直向下移动一个距离Δz0，Δz0的取值范围为1‑50μm，待移动完成后进行数据采集，采样频率为fS，采样点数为Ns，Ns的取值范围为10000‑100000点；采集结束后再将换能器垂直向下移动Δz0进行数据采集，如此循环往复，共移动距离z，z的取值范围为2‑20mm，因此将得到M组电压数据，M由z与Δz0共同决定，为40‑20000组；步骤5）：时域傅里叶变换；将所有数据沿散焦距离排列好，对测得的数据进行时域傅里叶变换： A i [ k ] = Σ n = 0 N s - 1 x i [ n ] e - j 2 πnk / N s 其中：Ai为时域傅里叶变换后的频谱值，xi代表一组电压数据，i=0,1,2…M‑，k=0，1，2…Ns‑1，j代表虚部；步骤6）：空间傅里叶变换为了得到精确的振荡周期Δz，需要对时域傅里叶变换的结果再进行沿散焦距离方向的空间傅里叶变换，将散焦距离z变换至z‑1域： B i [ k ] = Σ m = 0 M - 1 A m [ k ] e - j 2 πmi / M 其中：Bi为空间傅里叶变换后的频谱值，Am代表沿散焦方向的时域傅里叶变换的频谱值，i=0，1，2…M‑1，k=0，1，2…Ns‑1，j代表虚部；沿z‑1域的曲线峰值即为振荡周期Δz的倒数；步骤7）：模态追踪对1‑100MHz范围内的峰值进行追踪，即可找出该频率段连续的振荡周期Δz值；步骤8）：波速提取将水的波速、每一个峰值对应的频率f与Δz代入步骤1）中所示公式，即得到连续的表面波波速vSAW。