一种嵌入式超声系统及冰力学参数在线测试方法技术方案

本发明专利技术提供了一种嵌入式超声系统及冰力学参数在线测试方法，属于冰力学参数测试领域，包括：在信号发生器上生成一个激励信，激励信号从信号发射端传出，通过激励端进入冰内部，由响应端传入放大器，最后回到信号接收器中，此时得到了放大信号，同时在温度传感器上读取实时温度，此过程温度变化是连续的，选取的响应信号是随机的；对放大信号进行去趋势和小波去噪处理，得到去噪后的信号；从去噪后的波形图中获得纵波波速和横波波速；由不同温度下的纵波波速和横波波速计算出冰的力学特性参数。本发明专利技术克服了传统破坏性试验中单个试验只能获取单个温度下的结果的局限性，不仅可以减少材料的损耗，同时获得的参数值更加准确。同时获得的参数值更加准确。同时获得的参数值更加准确。

【技术实现步骤摘要】
一种嵌入式超声系统及冰力学参数在线测试方法


[0001]本专利技术属于冰力学参数测试领域，具体涉及一种嵌入式超声系统及冰力学参数在线测试方法。

技术介绍

[0002]杨氏模量、泊松系数、剪切模量和体积模量等力学参数是冰的主要力学特性参数，这些参数的确定对于研究寒冷地区冰以及冰与冰场中结构的相互作用等问题至关重要。在自然状态下，大气温度随时变化，而实时变化的温度显著影响着冰的力学特性。现有的冰的力学性能检测方法主要依赖于单轴压缩、三轴压缩或弯曲强度等试验。
[0003]尽管现有方法在估算冰参数方面取得了一些成果，但由于这些方法具有一次性和破坏性的特点，并且一个试件在一次试验中只能得到一个固定温度下冰的参数结果，无法连续表征冰的特性随温度变化的过程。
[0004]基于现有方法存在的破坏性和非连续性等不足，本专利技术提出了一种基于嵌入式超声系统的冰力学参数在线测试方法。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种嵌入式超声系统及冰力学参数在线测试方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种嵌入式超声系统，包括：
[0008]信号发生器，用于生成激励信号；
[0009]激励PZT传感器，其激励端与所述信号发生器的信号发射端连接，用于接收激励信号，并生成随机响应信号；
[0010]响应PZT传感器，其响应端接收所述随机响应信号；
[0011]放大器，其信号输入端与所述响应PZT传感器的响应端连接，用于接收所述响应PZT传感器发送的随机响应信号并对其进行放大处理；
[0012]信号接收器，其信号输入端与所述放大器的信号输出端连接，用于接收所述放大器发送的放大信号，并将放大信号转换为数字信号。
[0013]优选地，所述激励PZT传感器和响应PZT传感器设置在同一水平面上。
[0014]本专利技术的另一目的在于提供一种基于嵌入式超声系统的冰力学参数在线测试方法，包括以下步骤：
[0015]将激励PZT传感器、响应PZT传感器及温度传感器冻结到冰试件中；
[0016]所述温度传感器采集冰试件中的实时温度Ti；
[0017]所述信号发生器生成一个激励信号W：(t，y)，并将激励信号W：(t，y)从信号发射端传入激励PZT传感器的激励端，激励信号W：(t，y)通过激励端进入冰内部，在冰内部生成随机响应信号；
[0018]所述响应PZT传感器的响应端接收所述随机响应信号，并将随机响应信号发送至放大器；
[0019]所述放大器对接收到的随机响应信号进行放大，得到放大后的随机响应信号W
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)，并将放大后的随机响应信号W
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)发送至信号接收器中；
[0020]所述信号接收器分析放大后的随机响应信号W
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)，得到波在冰中传播的纵波波速和横波波速；
[0021]根据不同实时温度T
i
及波在冰中传播的纵波波速和横波波速之间的关系计算出不同温度下冰的力学特性参数。
[0022]优选地，在所述信号接收器根据放大后的随机响应信号W
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，y
i
)得到波在冰中传播的纵波波速和横波波速之前，对放大后的随机响应信号W
i
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，y
i
)进行去趋势和小波去噪处理，得到去噪后的信号W
**
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)；
[0023]所述信号接收器分析去噪后的信号W
**
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)，得到波在冰中传播的纵波波速和横波波速；
[0024]根据不同实时温度Ti及波在冰中传播的纵波波速和横波波速之间的关系计算出不同温度下冰的力学特性参数。
[0025]优选地，所述对放大后的随机响应信号W
i
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)进行去趋势和小波去噪处理的具体方式为：
[0026]去趋势处理：
[0027][0028]对去趋势后的信号进行去噪处理：选择小波函数(如：rbio2.2、rbio4.4、bior2.2、bior4.4、sym4、db5等，选取的小波函数不同，得到的结果就会不同)，进行软阈值去噪，得到去噪后的信号W
**
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)
[0029][0030]其中，σ代表噪声强度，e(t
i
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i
)代表信号中参入的噪声。
[0031]优选地，所述冰的力学特性参数包括弹性模量、泊松比、剪切模量和体积模量。
[0032]优选地，所述根据不同实时温度T
i
及波在冰中传播的纵波波速和横波波速之间的关系计算出不同温度下冰的力学特性参数，具体方法为：
[0033]波速和材料特性参数之间的关系如下式所示；
[0034][0035][0036]式中，ρ是冰的密度；E是杨氏模量；μ是泊松比；V
l
和V
s
分别是纵波和横波的速度，将两公式进行转化后得到以下公式：
[0037][0038][0039][0040]式中，E是杨氏模量；G是剪切模量；K是体积模量。
[0041]优选地，所述温度传感器、激励PZT传感器及响应PZT传感器设置在冰试件中同一水平面上。
[0042]优选地，所述温度传感器位于所述激励PZT传感器和响应PZT传感器之间。
[0043]优选地，所述信号发生器为Agilent 33250A任意波发生器，所述放大器为前置放大器PXPA3，所述信号接收器为Agilent DSO7034B示波器。
[0044]本专利技术提供的嵌入式超声系统及冰力学参数在线测试方法具有以下有益效果：
[0045]本专利技术采用嵌入式超声系统，可以在线检测冰的力学参数；
[0046]本专利技术在不破坏冰材料的情况下，能够获得连续的随温度变化的冰力学参数，克服了传统破坏性试验中单个试验只能获取单个温度下的结果的局限性，不仅可以减少材料的损耗，同时获得的参数值更加准确；
[0047]本专利技术在变温条件下，通过测试超声波在冰中的传播速度，依据理论公式计算出不同温度下冰的力学参数值，计算结果精确度高。
附图说明
[0048]为了更清楚地说明本专利技术实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本专利技术的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种嵌入式超声系统，其特征在于，包括：信号发生器，用于生成激励信号；激励PZT传感器，其激励端与所述信号发生器的信号发射端连接，用于接收激励信号，并生成随机响应信号；响应PZT传感器，其响应端接收所述随机响应信号；放大器，其信号输入端与所述响应PZT传感器的响应端连接，用于接收所述响应PZT传感器发送的随机响应信号并对其进行放大处理；信号接收器，其信号输入端与所述放大器的信号输出端连接，用于接收所述放大器发送的放大信号，并将放大信号转换为数字信号。2.根据权利要求1所述的嵌入式超声系统，其特征在于，所述激励PZT传感器和响应PZT传感器设置在同一水平面上。3.一种基于权利要求1或2所述的嵌入式超声系统的冰力学参数在线测试方法，其特征在于，包括以下步骤：将激励PZT传感器、响应PZT传感器及温度传感器冻结到冰试件中；所述温度传感器采集冰试件中的实时温度T
i
；所述信号发生器生成一个激励信号W:(t,y)，并将激励信号W:(t,y)从信号发射端传入激励PZT传感器的激励端，激励信号W:(t,y)通过激励端进入冰内部，在冰内部生成随机响应信号；所述响应PZT传感器的响应端接收所述随机响应信号，并将随机响应信号发送至放大器；所述放大器对接收到的随机响应信号进行放大，得到放大后的随机响应信号W
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)，并将放大后的随机响应信号W
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i
)发送至信号接收器中；所述信号接收器分析放大后的随机响应信号W
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i
)，得到波在冰中传播的纵波波速和横波波速；根据不同实时温度T
i
及波在冰中传播的纵波波速和横波波速之间的关系计算出不同温度下冰的力学特性参数。4.根据权利要求3所述的冰力学参数在线测试方法，其特征在于，在所述信号接收器根据放大后的随机响应信号W
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i
)得到波在冰中传播的纵波波速和横波波速之前，对放大后的随机响应信号W
i
:(t
i
,y
i
)进行去趋势和小波去噪处理，得到去噪后的信号W

【专利技术属性】
技术研发人员：曹茂森，韩慧敏，葛晶，韦黎，苏玛拉德拉戈斯拉夫，
申请(专利权)人：苏交科集团股份有限公司江苏宏远科技工程有限公司，
类型：发明
国别省市：