利用瑞雷表面波测量材料声学非线性系数的方法

摘要

本发明公开了一种利用瑞雷表面波测量材料声学非线性系数的方法。采用了专门的信号放大器作为信号源，将压电传感器直接安装在试件边缘激发瑞雷波，再利用激光干涉仪采集试件表面的瑞雷波信号，然后，对采集到的瑞雷波信号进行快速傅立叶变换，得到了信号中的基频和高频成分，并进一步确定出材料的相对声学非线性系数。本发明可以有效、准确地测量材料的声学非线性系数。

主权项

1. 一种利用瑞雷表面波测量材料声学非线性系数的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)、瑞雷表面波的激发：选用适宜的耦合剂，利用支架与角度调节螺钉将压电传感器固定在被测试件边缘，其中角度调节螺钉用于调节压电传感器的角度，以保证正确激发一定强度的瑞雷表面波；采用RITEC RAM-5000Mark IV门电路信号放大器作为信号源，所输出正弦脉冲信号的周期为30～50、频率为4.8～5.2MHz；利用衰减装置将信号源电压降低到一定幅值以下，同时还采用一个低通滤波器来抑制信号源中的高频成分；将该脉冲信号输入固定于试件边缘的压电传感器，利用压电传感器直接从试件边缘激发沿试件一侧表面传播的瑞雷表面波；(2)、瑞雷表面波信号的采集：利用激光干涉仪采集沿试件表面传播的瑞雷表面波信号，有效地采集信号中的高频成分，激光干涉仪对测试过程、测试试件没有任何外加干扰；利用示波器对采集到的信号进行800～1000次的平均，提高瑞雷表面波信号的信噪比，并有效抑制测试过程中随机因素的影响；对多次平均后的瑞雷表面波信号应用汉宁窗函数，消除仪器设备暂态过程对测量结果的影响；(3)、测试系统可靠性检测：对同一个试件，同样的瑞雷表面波传播距离，采用不同的信号源电压电压驱动压电传感器激发瑞雷表面波，并测量相应的瑞雷表面波信号；通过对不同驱动电压下检测到的瑞雷表面波信号进行快速傅立叶变换，得到不同驱动电压下瑞雷表面波的基频幅值A1和倍频幅值A2；通过判断A1/A12是否在不同驱动电压下保持为常数来检测系统可靠性；(4)、不同传播距离下的瑞雷表面波信号采集：根据试件尺寸，在与压电传感器距离不同的点，利用激光干涉仪采集瑞雷表面波信号，距离间隔可选择5～10mm之间，信号采集点为5～7个点，对采集到的信号多次平均并应用汉宁窗函数后，记录瑞雷表面波的实际传播距离，存储采集并处理后的瑞雷表面波信号，以便进行后续的信号分析；(5)、试验的可重复性操作：将激发瑞雷表面波的压电传感器完全移开试件，清理干净耦合剂，然后完全重复步骤(1)的工作，即加耦合剂，固定压电传感器于试件边缘，调节角度调节螺钉以保证正确激发一定强度的瑞雷表面波；接着，再重复步骤(4)中的工作，对同一试件进行不同传播下距离的瑞雷表面波信号采集，进行2—3次的重复测试，以保证测试结果的可靠和准确；(6)、材料的非线性系数的确定：对瑞雷表面波来说，其绝对声学非线性系数可表示为：其中uz为试件表面质点的反平面位移分量，kR、kl、ks分别为瑞雷表面波、纵波和剪切波的波数，x为瑞雷表面波传播距离；为了试验数据处理的简便，根据上式定义并使用相对非线性系数：显然，它与材料的绝对非线性系数β成正比；将步骤(4)～(5)中采集到并处理后的瑞雷表面波信号进行快速傅立叶变换后得到的瑞雷表面波信号基频幅值A1和倍频幅值A2带入相对非线性系数的计算公式中，即可得到试件在不同的瑞雷表面波传播距离下的相对非线性系数。