一种基于漏兰姆波的感知固体板底部目标的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于超声探测设备技术领域，具体涉及一种基于漏兰姆波的感知固体板底部目标的装置，该装置具体包括：信号发射器、示波器、超声换能器(1)、固体板(3)和数据处理模块；超声换能器(1)、固体板(3)、固体板底部目标(5)均位于水面(2)下；固体板底部目标(5)置于固体板(3)的下方，超声换能器(1)置于固体板(3)之上，且与固体板(3)相距Scm；超声换能器(1)倾斜θ角度；超声换能器(1)上还顺序连接信号发射器和示波器；所述数据处理模块，用于根据超声换能器发射的θ角度、频率f的超声波在固体板中传播时间t1和t2，以及生成的漏兰姆波模式的群速度Cg，可计算得到固体板底部目标平移的距离L′，实现可对固体板底部目标的位置变化进行感知。

A Device and Method for Sensing the Bottom Target of Solid Plate Based on Leaky Lamb Wave

【技术实现步骤摘要】
一种基于漏兰姆波的感知固体板底部目标的装置及方法
本专利技术属于超声探测设备
，特别涉及一种基于漏兰姆波的感知固体板底部目标的装置及方法，具体涉及一种基于漏兰姆波脉冲回波对于浸液不透明固体板下目标的感知方法。
技术介绍
兰姆波是一种形成于固体板中的导波，具有频散特性，可通过瑞利—兰姆频散方程得到各模式的相(群)速度与频厚积的关系。由于兰姆波传播过程中衰减小，传播距离远，在短时间内能够覆盖大部分的检测范围，被广泛地应用于大面积板、壳结构的无损检测以及材料厚度测量等
目前，由于光无法穿透固体不透明板，因此，板底部的目标难以通过光学方法进行感知。现有的声学方法能够穿透不透明介质，广泛地应用于海洋探测以及无损检测等；因此，针对板底部目标的感知，可采用声学方法。基于一发一收式的脉冲回波体波测量方法，需要逐点对固体板独步目标进行测量，入射体波垂直穿透单层固体板会造成较强的能量损失，因此，一发一收式体波测量方法存在效率低下、操作复杂等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为解决现有的感知方法存在的上述缺陷，本专利技术提出了一种基于漏兰姆波的感知固体板底部目标的装置及方法，该方法可隔着固体板，通过漏兰姆波脉冲回波信号对固体板底部的目标进行感知，从而判断出有物体在固体板下位置的移动，但无法获取该物体的准确位置，该感知方法简洁、不复杂。具体地，该方法利用超声换能器发射超声波入射到浸入水中的固体板中生成兰姆波，该兰姆波的一部分能量将漏到周围水中，而成为漏兰姆波。泄漏到水中的兰姆波能量将形成具有θ角度、频率f的平面波；该平面波传播至固体板底部的圆柱体目标位置处，并与其相互作用，形成具有θ角度、频率f的反射波。该反射波将反射回固体板中，激励出相同的漏兰姆波，该漏兰姆波将沿着原入射路径返回至原超声换能器，被原超声换能器接收；根据固体板底部目标的位置移动，分别获取对应的传播时间，根据两次不同的传播时间差，以及生成的漏兰姆波模式的群速度Cg，可计算得到固体板底部目标平移的距离L′，从而实现可对固体板底部目标的位置变化进行感知。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种基于漏兰姆波的感知固体板底部目标的装置，该装置采用布置于固体板上的超声换能器，以相同的相同θ角度、频率f朝着固体板的中心发射超声波，并传播至固体板底部的圆柱体目标位置处，并与其相互作用，形成具有θ角度、频率f的反射波。该反射波将反射回固体板中，激励出相同的漏兰姆波，该漏兰姆波将沿着原入射路径返回至原超声换能器，被原超声换能器接收；根据固体板底部目标的位置移动，分别获取对应的传播时间，根据两次不同的传播时间差，以及生成的漏兰姆波模式的群速度Cg，可计算得到固体板底部目标平移的距离L′，从而实现可对固体板底部目标的位置变化进行感知。该装置具体包括：信号发射器、示波器、超声换能器、固体板和数据处理模块；超声换能器、固体板、固体板底部目标均位于水面下；固体板底部目标置于固体板的下方，超声换能器置于固体板之上，且与固体板相距Scm；超声换能器倾斜θ角度；超声换能器上还顺序连接信号发射器和示波器；所述数据处理模块，用于根据超声换能器发射的θ角度、频率f的超声波在固体板中传播时间t1和t2，以及生成的漏兰姆波模式的群速度Cg，可计算得到固体板底部目标平移的距离L′，实现可对固体板底部目标的位置变化进行感知。作为上述技术方案的改进之一，所述θ＝arcsin(Cw/Cp)，其中，Cp为兰姆波的相速度；Cw为声速。作为上述技术方案的改进之一，所述固体板为不透明金属板；优选为铝板。作为上述技术方案的改进之一，所述数据处理模块具体包括：数据接收单元，用于接收超声换能器发射的θ角度、频率f的超声波在固体板中传播时间t1和t2；处理单元，用于根据超声换能器发射的θ角度、频率f的超声波在固体板中传播时间t1和t2；计算得到固体板底部目标平移的距离L′：L′＝(t2-t1)Cg(1)其中，Cg为生成的漏兰姆波模式的群速度。基于上述基于漏兰姆波的感知固体板底部目标的装置，本专利技术还提供了一种基于漏兰姆波的感知固体板底部目标的方法，该方法具体包括：获取超声换能器发射的θ角度、频率f的超声波在固体板中传播时间t1；移动固体板底部目标L距离，获取超声换能器发射的θ角度、频率f的超声波在固体板中传播时间t2；根据超声换能器发射的θ角度、频率f的超声波在固体板中传播时间t1和t2；计算得到固体板底部目标平移的距离L′，实现可对固体板底部目标的位置变化进行感知。作为上述技术方案的改进之一，所述获取超声换能器发射的θ角度、频率f的超声波在固体板中传播时间t1；具体包括：信号发射器发射电信号至超声换能器，超声换能器将电信号转换为超声波，并以入射角θ角度、频率f的超声波发射至浸入水中的固体板中，形成兰姆波；泄露到水中的漏兰姆波以θ角度、频率f的平面波入射到固体板底部目标的外表面上，并与固体板底部目标发生相互作用，形成具有θ角度、频率f的反射波，该反射波经固体板底部目标的外表面反射回固体板，激励出相同的漏兰姆波，并通过固体板沿原入射路径返回至超声换能器，超声换能器接收反射回的漏兰姆波，并通过示波器显示反射回的漏兰姆波及其传播时间t1。作为上述技术方案的改进之一，所述移动固体板底部目标L距离，获取超声换能器发射的θ角度、频率f的超声波在固体板中传播时间t2；具体包括：移动固体板底部目标L距离后，信号发射器再次发射电信号至超声换能器，超声换能器将电信号转换为超声波，并以入射角θ角度、频率f的超声波发射至浸入水中的固体板中，形成兰姆波；泄露到水中的漏兰姆波以θ角度、频率f的平面波入射到固体板底部目标的外表面上，并与固体板底部目标发生相互作用，形成具有θ角度、频率f的反射波，该反射波经固体板底部目标的外表面反射回固体板，激励出相同的漏兰姆波，并通过固体板沿原入射路径返回至超声换能器，超声换能器接收反射回的漏兰姆波，并通过示波器显示反射回的漏兰姆波及其传播时间t2。作为上述技术方案的改进之一，所述根据超声换能器发射的θ角度、频率f的超声波在固体板中传播时间t1和t2；计算得到固体板底部目标平移的距离L′；具体包括：L′＝(t2-t1)Cg(1)其中，Cg为生成的漏兰姆波模式的群速度。本专利技术相比于现有技术的有益效果在于：本专利技术的方法可对不透明的固体板底部目标的位置移动进行感知，判断固体板底部目标在固体板下是否移动，并给出大概的移动距离。附图说明图1是本专利技术的一种基于漏兰姆波的感知固体板底部目标的装置的结构示意图；图2是本专利技术的一种基于漏兰姆波的感知固体板底部目标的装置中的超声换能器、固体板、圆柱体目标浸入水面下的结构示意图；图3是本专利技术的一种基于漏兰姆波的感知固体板底部目标的装置中的固体板的相速度频散曲线，其中A0、S0、A1、S1、A2、S2为各个兰姆波模式；图4是本专利技术的一种基于漏兰姆波的感知固体板底部目标的装置中的固体板的群速度频散曲线，其中A0、S0、A1、S1、A2、S2为各个兰姆波模式；图5是本专利技术的一种基于漏兰姆波的感知固体板底部目标的装置中的固体板的衰减频散曲线，其中A0、S0、A1、S1、A2、S2为各个兰姆波模式；图6是本专利技术的一种基于漏兰姆波的感知固体板底部目标的装置中的超声换能器接收反射波的时间-相对振本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于漏兰姆波的感知固体板底部目标的装置，其特征在于，该装置具体包括：信号发射器、示波器、超声换能器(1)、固体板(3)和数据处理模块；超声换能器(1)、固体板(3)、固体板底部目标(5)均位于水面(2)下；固体板底部目标(5)置于固体板(3)的下方，超声换能器(1)置于固体板(3)之上，且与固体板(3)相距Scm；超声换能器(1)倾斜θ角度；超声换能器(1)上还顺序连接信号发射器和示波器；所述数据处理模块，用于根据超声换能器发射的θ角度、频率f的超声波在固体板中传播时间t1和t2，以及生成的漏兰姆波模式的群速度Cg，可计算得到固体板底部目标平移的距离L′，实现可对固体板底部目标的位置变化进行感知。

【技术特征摘要】
1.一种基于漏兰姆波的感知固体板底部目标的装置，其特征在于，该装置具体包括：信号发射器、示波器、超声换能器(1)、固体板(3)和数据处理模块；超声换能器(1)、固体板(3)、固体板底部目标(5)均位于水面(2)下；固体板底部目标(5)置于固体板(3)的下方，超声换能器(1)置于固体板(3)之上，且与固体板(3)相距Scm；超声换能器(1)倾斜θ角度；超声换能器(1)上还顺序连接信号发射器和示波器；所述数据处理模块，用于根据超声换能器发射的θ角度、频率f的超声波在固体板中传播时间t1和t2，以及生成的漏兰姆波模式的群速度Cg，可计算得到固体板底部目标平移的距离L′，实现可对固体板底部目标的位置变化进行感知。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述θ＝arcsin(Cw/Cp)，其中，Cp为兰姆波的相速度；Cw为声速。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固体板(3)为不透明金属板。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据处理模块具体包括：数据接收单元，用于接收超声换能器发射的θ角度、频率f的超声波在固体板中传播时间t1和t2；处理单元，用于根据超声换能器发射的θ角度、频率f的超声波在固体板中传播时间t1和t2；计算得到固体板底部目标平移的距离L′：L′＝(t2-t1)Cg(1)其中，Cg为生成的漏兰姆波模式的群速度。5.一种基于漏兰姆波的感知固体板底部目标的方法，该方法基于权利要求1-4中任一所述的装置实现，所述方法包括：获取超声换能器发射的θ角度、频率f的超声波在固体板中传播时间t1；移动固体板底部目标L距离，获取超声换能器发射的θ角度、频率f的超声波在固体板中传播时间t2；根据超声换能器发射的θ角度、频率f的超声波在固体板中传播时间t1和t2；计算得到固体板底部目标平移的距离L′，实现可对固体板底部目标的位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡中韬，廉国选，安志武，王小民，毛捷，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11