[发明专利]一种基于超声波的非接触式材料硬度测量方法

权利要求书

1.一种基于超声波的非接触式材料硬度测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

S10：通过超声波检测待测量工件，获取超声回波信号及背散射信号，从而获得超声波特征参数；

S20：根据步骤S10获取的超声波特征参数，计算待测量工件的平均晶粒尺寸；

S30：根据步骤S20获取的平均晶粒尺寸、以及工件硬度值与工件晶粒尺寸的相关拟合函数，获取待测量工件硬度值。

2.根据权利要求1所述基于超声波的非接触式材料硬度测量方法，其特征在于：步骤S10中的超声波特征参数包括声速、衰减系数、二次谐波幅值、相对非线性系数、平均功率和波形维数。

3.根据权利要求2所述基于超声波的非接触式材料硬度测量方法，其特征在于：超声波特征参数中声速、衰减系数、二次谐波幅值、相对非线性系数的计算公式为：

其中,C_L为声速，α为衰减系数，A₂为二次谐波幅值，β相对非线性系数，ρ为材料介质的密度，σ为应变力，H为工件的厚度，V_FW为表面回波峰值，V_BW1为一次底面回波峰值，A₁为基波幅值，x为超声波在工件中的传播距离，k为波数。

4.根据权利要求3所述基于超声波的非接触式材料硬度测量方法，其特征在于：超声波特征参数中平均功率和波形维数的计算公式如下所示：

其中，ω_i为平均功率，F_SHA为波形维数，n为信号长度，i为I MF的阶数，u_i(t)为第i阶IMF信号，t为采样点号。

5.根据权利要求1所述基于超声波的非接触式材料硬度测量方法，其特征在于：步骤S30中，工件硬度值与工件晶粒尺寸的相关拟合函数的获取方法具体包括：

选取若干与待测量工件材质相同的工件作为试验样本，通过常规方法检测试验样本的硬度值以及晶粒尺寸；利用最小二乘法获取试验样本的硬度值与晶粒尺寸之间的相关拟合函数。

6.根据权利要求1所述基于超声波的非接触式材料硬度测量方法，其特征在于：步骤S10中使用的超声波的频率为15MHz-20MHz。