[发明专利]一种利用高次驻波谐振定量检测弹性板厚度的方法

权利要求书

1.一种利用高次驻波谐振定量检测弹性板厚度的方法，其特征在于：该方法包括 如下步骤：

(1)将被检测弹性板的一个表面与片状纵波压电换能器耦合；

(2)由阻抗分析仪或网络分析仪测量片状纵波压电换能器的输入电阻抗，得到输 入电阻抗曲线图；

(3)测量高次谐振模式的有效机电耦合系数：改变阻抗分析仪或网络分析仪的频 率范围，使频率分辨率达到相应的要求；采取频率范围分段测量的方式，从低频到高频 连续测量片状纵波压电换能器的输入阻抗曲线，直至输入阻抗曲线平滑为止，对测量的 数据进行分析，确定每一个谐振模式对应的并联谐振频率和串联谐振频率，根据公式(1) 计算出高次谐振模式的有效机电耦合系数；

Keff2(m)=π24·fs(m)fp(m)·[1-fs(m)fp(m)]]]>公式(1)

其中，f_s(m)和f_p(m)分别是第m阶模式串联谐振频率和并联谐振频率；m为自然 数1，2，3...；

阻抗分析仪或网络分析仪的频率分辨率f_min需满足公式(2)：

f_min＜Δf_p/2    公式(2)

其中，Δf_p＝f_p(l_a+d)-f_p(l_a)    公式(3)

其中，d为被测弹性板厚度的检测精度，l_a为被检测弹性板厚度的估算厚度， f_p(l_a+d)和f_p(l_a)分别是板厚为l_a+d和l_a的最大有效机电耦合系数对应谐振模式的并 联谐振频率；

(4)将步骤(3)中得到的高次谐振模式的有效机电耦合系数进行比较，确定最大 有效机电耦合系数对应的谐振模式；

对于被检测弹性板的声阻抗小于片状纵波压电换能器的声阻抗情形，即Z_sb/Z＜1时， 最大有效机电耦合系数对应谐振模式的并联谐振频率：

fp=(mNzsb+1)2(ze1le1Ve1+zsblsbVsb+ze2le2Ve2+lV)]]>公式(4)

其中，mN=V(lsb+0.5ρe2le2/ρ)Vsb(l+0.5ρe2le2/ρ+ρe1le1/ρ).]]>

忽略电极厚度，则公式(4)简化为：

fp=(mNzsb+1)2(zsblsbVsb+lV)]]>公式(5)

其中，m_N＝Vl_sb/V_sbl

对于被检测弹性板的声阻抗大于或等于片状纵波压电换能器的声阻抗情形， 即z_sb/z≥1，最大有效机电耦合系数对应谐振模式的并联谐振频率为：

fp=12zsb·mT+0.5+zsb/2lV+lsbzsbVsb+ze1le1Ve1+le2ze2Ve2]]>公式(6)

式中，mT=[V(lsb+0.5ρe2le2/ρ)Vsb(l+0.5ρe2le2/ρ+ρe1le1/ρ)-1]/2;]]>

忽略电极的厚度，公式(6)可以简化为

fp=12zsb·mT+0.5+zsb/2lV+lsbzsbVsb]]>公式(7)

式中，mT=[VlsbVsbl-1]/2.]]>

上述公式(4)、(5)、(6)和(7)中，z、z_sb、z_e1、z_e2分别是片状纵波压电换能 器、弹性板、上电极和下电极的声阻抗，l、l_sb、l_e1、l_e2分别是片状纵波压电换能器、 弹性板、上电极和下电极的厚度，V、V_sb、V_e1、V_e2分别是片状纵波压电换能器、弹性 板、上电极和下电极沿垂直于表面方向的纵波声速度，ρ、ρ_sb、ρ_e1、ρ_e2分别是片状 纵波压电换能器、弹性板、上电极和下电极的密度；

(5)根据片状纵波压电换能器和被检测弹性板的厚度方向纵波声阻抗的比较大小 关系，利用公式(4)、(5)、(6)或(7)得到被测量样品的厚度。