一种测量双层板各层厚度的Lamb波厚度共振方法技术

本发明专利技术公开了一种测量双层板各层厚度的Lamb波厚度共振方法，双层板Lamb波截止频率与双层板厚度比有关，当测得Lamb波截止频率时，找到对应的厚度比，便可以求出每一层的厚度。本发明专利技术利用超声Lamb波在截止频率处产生的多模态厚度共振，对双层板各层厚度进行表征；该方法克服了传统超声脉冲回波测厚法，在板厚小于两倍波长时，回波信号互相混叠以致无法测量的缺点，当双层板厚度在波长量级甚至小于波长时，也能够很好的测量各层厚度。也能够很好的测量各层厚度。也能够很好的测量各层厚度。

【技术实现步骤摘要】
一种测量双层板各层厚度的Lamb波厚度共振方法


[0001]本专利技术涉及超声领域，具体涉及一种测量双层板各层厚度的Lamb波厚度共振方法。

技术介绍

[0002]板状固体材料在建筑业、航空航天、压力容器制造、医药、镀膜技术等方面都有非常广泛的应用。相比于材料、厚度单一的单层板，双层板结构在不降低产品性能的前提下，发挥各个材料的优势，实现材料资源的最优配置，呈现刚度大、冲击性能好、成本低等效果，具有很好的经济效益和社会效益。在表征层板质量的一系列性能指标中，厚度不但是表征层板本身几何尺寸的一个参量，而且对层板的性能以及寿命均有很大的影响，因此厚度成为层板质量评价中至关重要的参数之一。
[0003]超声波测量方法具有传播距离长、穿透力强、对被测结构要求低、受测试环境影响小等优点。目前，测量双层板各层厚度使用比较多的方法是脉冲回波法，脉冲回波测厚法的原理主要是通过测量超声脉冲在样品中的传播时间，然后根据传播速度求出样品厚度，如文献1(DEM C
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ENKO A，AKKER MAN R,VISSER H A.Ultrasonic measurements of undamaged concrete layer thickness in a deteriorated concrete structure[J].Ndt&E International,2016(77):63
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72)。超声换能器产生一定频率的脉冲波，垂直入射到样品表面。入射波在不同介质中传播时，在相邻两介质的界面处会产生反射波。但当薄层厚度小于两倍波长时，被测样品上、下表面、交界面处的反射回波就会混叠在一起，不易分辨，导致薄层测厚无法实现。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种测量双层板各层厚度的Lamb波厚度共振方法，利用Lamb波在截止频率处可以产生多模态的厚度共振，对双层板各层厚度进行表征，当双层板厚度在波长量级甚至小于波长时，也能够很好的测量各层厚度。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种测量双层板各层厚度的Lamb波厚度共振方法，确定双层板Lamb波截止频率与双层板厚度比的变化曲线，通过实验测得截止频率，找到对应的厚度比，求出每一层的厚度。
[0006]进一步的，理论推导出双层板Lamb波截止频率与层板厚度之间的关系，其中各层厚度用双层板厚度比和总厚度来描述。
[0007]利用超声纵波直探头进行Lamb波厚度共振模式的激发探测实验，得到待测样品的截止频率，再对照理论截止频率随双层板厚度比变化的曲线，可以找到对应的厚度比。
[0008]假定两板的密度为ρ
i
，纵波速度为c
Li
，横波速度为c
Ti
，厚度比为r，i表示在第几层，i＝1、2，双层板的总厚度为d，得到双层板Lamb波截止频率f
c
与厚度比r之间的关系为：
[0009][0010]或
[0011][0012]进一步的，在材料密度、横波速度和双层板总厚度已知的情况下，得到不同厚度比r下，对应的Lamb波截止频率，作出双层板Lamb波截止频率随厚度比r变化的曲线。
[0013]进一步的，利用超声直探头激励薄双层板，探头通过耦合剂垂直于样品表面进行激励，超声探头自身又作为探测装置通过超声信号发生器与示波器相连；探测得到时域信号，经傅里叶变换后得到频谱，利用频谱中得到的共振峰频率值，对照Lamb波截止频率随厚度比r变化的曲线，找到相应的厚度比r，于是可以求出双层板第一层厚度h1为：第二层厚度h2为：其中d为双层板总厚度。
[0014]一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述测量双层板各层厚度的Lamb波厚度共振方法的步骤。
[0015]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述测量双层板各层厚度的Lamb波厚度共振方法的步骤。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：Lamb波是一种板波，当双层板厚度为波长量级甚至小于波长时，可以通过检测双层板Lamb波截止频率来确定各层厚度，与传统脉冲回波测厚法相比，不存在双层板上下表面和交界面处回波混叠，不易分辨而导致无法测量层板厚度的情况。
[0017]下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。
附图说明
[0018]图1是铝板/锡板双层板的几何描述示意图。
[0019]图2是当厚度比r变化时，铝板/锡板双层板Lamb波A1模态截止频率的变化曲线图。
[0020]图3是实现此方法的实验装置示意图。
具体实施方式
[0021]本专利技术提供一种测量双层板各层厚度的Lamb波厚度共振方法，双层板Lamb波截止频率与双层板的厚度比有关。利用超声纵波直探头进行Lamb波厚度共振模式的激发探测实验，得到样品的截止频率，再对照理论截止频率随双层板厚度比变化的曲线，找到对应的厚度比，从而得到每层的厚度。
[0022]具体实施方式如下：
[0023]第一步，在材料密度、横波速度和双层板总厚度已知的情况下，通过下式得到不同
厚度比r对应的Lamb波截止频率；
[0024][0025]或
[0026][0027]其中，两板的密度为ρ
i
，纵波速度为c
Li
，横波速度为c
Ti
，厚度比为r，i表示在第几层，i＝1、2，双层板的总厚度为d。
[0028]第二步，做出双层板Lamb波截止频率随双层板厚度比r变化的曲线；
[0029]第三步，利用超声纵波直探头进行Lamb波厚度共振模式的激发探测实验，得到样品的截止频率；
[0030]利用超声直探头激励薄双层板，探头通过耦合剂垂直于样品表面进行激励，超声探头自身又作为探测装置通过超声信号发生器与示波器相连。探测得到时域信号，经傅里叶变换后得到频谱，在频谱中找到共振峰频率值。
[0031]第四步，用步骤三测得的截止频率在步骤二的曲线中找到对应的厚度比r，便可以求出双层板各层厚度。双层板第一层厚度h1为：第二层厚度h2为：其中d表示双层板的总厚度。
[0032]下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。
[0033]实施例
[0034]本专利技术测量双层板各层厚度的Lamb波厚度共振方法，以铝板/锡板双层板为例，两板总厚度为1mm，铝板和锡板的密度、横波速度已知，两板厚度待测，图1为该双层板的示意图。
[0035]第一步，通过Lamb波截止频率与双层板厚度比r的公式，模拟得到不同的厚度比r下，对应的铝板/锡板双层板Lamb波A1模态截止频率，其中r表示为铝板厚度与锡板厚度的比值，其变化范围为1/9～9；
[0036]第二步，做出铝板/锡板双层板Lamb波A1模态截止频率随双层板厚度比r变化的曲线，见本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量双层板各层厚度的Lamb波厚度共振方法，其特征在于：确定双层板Lamb波截止频率与双层板厚度比的变化曲线，通过实验测得截止频率，找到对应的厚度比，求出每一层的厚度。2.根据权利要求1所述的测量双层板各层厚度的Lamb波厚度共振方法，其特征在于，双层板Lamb波截止频率f
c
与厚度比r之间的关系为：或其中，ρ
i
为两板的密度，c
Li
为纵波速度，c
Ti
为横波速度，r为厚度比，i表示在第几层，i＝1、2，d为双层板的总厚度。3.根据权利要求2所述的测量双层板各层厚度的Lamb波厚度共振方法，其特征在于，在材料密度、横波速度和双层板总厚度已知的情况下，得到不同厚度比r下，对应的Lamb波截止频率，得到双层板Lamb波截止频率随厚度比r变化的曲线。4.根据权利要求3所述的测量双层板各层厚度的Lamb波厚度共振方法，其特征在于，各层厚度用双层板厚度比和总厚度来描述。5.根据权利要求3所述的测量双层板各层厚度的Lamb波厚度共...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘蕾，沈中华，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：