[发明专利]一种聚合物中声速与衰减系数一体化检测方法

说明书

本发明公开了一种聚合物中声速与衰减系数一体化检测方法，其特征在于，包括：(1)将超声探头正对待检测样品发射超声波；(2)采集样品上下表面的反射回波，求取反射回波的幅值谱，所述样品正对超声探头的一侧定义为上表面，背对的一侧为下表面；(3)根据得到的反射回波的幅值谱，求得待检测样品的超声传播速度、样品的厚度以及样品的衰减系数。本发明检测方法操作简单，计算方便，检测成本低廉，不破坏被测样品，易于实现在线监测，可以同时检测聚合物零件的声速、衰减系数、壁厚。

技术领域

本发明属于检测方法技术领域，具体是涉及一种聚合物中声速与衰减系数一体化检测方法。

背景技术

聚合物零件多采用注塑方式成型，超声波在其中的传播速度和衰减系数是其微观结构的重要表征指标。声速可以表征聚合物零件的结晶度和取向度，衰减系数与结晶零件的晶粒粒度紧密关联。针对聚合物零件的声速，目前主要采用渡越时间法测量，即测量零件的壁厚以及超声波传播时间计算声速；针对衰减系数，目前主要是根据回波信号的幅值结合衰减系数定义进行计算。这些检测方式具有以下缺点：

(1)渡越时间法需要已知被测聚合物的壁厚，该方法不能用于聚合物注塑过程的在线监测。

(2)根据回波信号幅值计算衰减系数，所利用信息少且声压幅值受干扰因素众多，计算精度低。

发明内容

本发明针对现有检测方式的问题，基于超声传播理论，提出了一种超声波声速与衰减系数的一体化检测方法，可用于在线监测，精度高。

一种聚合物中声速与衰减系数一体化检测方法，包括如下步骤：

(1)将超声探头正对待检测样品发射超声波；

(2)采集样品上下表面的反射回波，求取反射回波的幅值谱，所述样品正对超声探头的一侧定义为上表面，背对的一侧为下表面；

(3)根据得到的反射回波的幅值谱，求得待检测样品的超声传播速度、样品的厚度以及样品的衰减系数。

作为优选，步骤(3)中，具体包括：

(3-1)对得到的幅值谱H(f)求对数；其中U₁(f)为上表面反射回波的频谱，U₂(f)为下表面反射回波的频谱；

(3-2)求取反射回波的幅值谱的对数与频率f的关系图，并对其进行线性拟合得到线性函数关系图；其中，f为离散频率；

(3-3)求取得到的线性函数关系图的纵轴截距D，根据下式求取超声波在待检测样品的传播速度c：

Z＝ρc

D＝lnK

上述式中：Z₀为待检测样品上表面与超声探头之间介质的声阻抗，Z为待检测样品的声阻抗，ρ为待检测样品的密度，c为超声波在待检测样品的传播速度；

(3-4)，通过上下表面反射回波的时间差Δt计算样品的厚度x，其表达式如下：

x＝c×Δt/2

(3-5)求取得到的线性函数关系图的斜率k，根据k＝-2mxα÷f_c，求得衰减系数α；其中m＝0.115为衰减系数单位由dB/cm转化为Np/cm的系数，f_c为超声探头的中心频率。