[发明专利]一种表面波和板波声速的非接触式测量装置及其方法

权利要求书

1.一种表面波和板波声速的非接触式测量装置，其特征在于，包括发射探头、接收探头、嵌入式系统、前置放大器、信号采集与处理模块、电机驱动装置、扫描架、脉冲发射器和电源；所述电源分别与扫描架、前置放大器、信号采集与处理模块、电机驱动装置、脉冲发射器及嵌入式系统连接，所述扫描架分别与嵌入式系统、信号采集与处理模块、电机驱动装置及脉冲发射器连接，所述发射探头与脉冲发射器连接，所述接收探头与前置放大器连接，所述嵌入式系统分别与信号采集与处理模块、电机驱动装置及脉冲发射器连接，所述前置放大器分别与脉冲放大器及信号采集与处理模块连接，所述信号采集与处理模块与前置放大器和嵌入式系统连接，所述电机驱动装置与嵌入式系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种表面波和板波声速的非接触式测量装置，其特征在于，所述扫描架由第一支脚、第二支脚及设置在第一支脚和第二支脚上方的承载平台组成，所述第一支脚右表面与第二支脚左表面通过丝杠连接，所述丝杠与电机驱动装置连接；

所述承载平台上表面从左至右依次设有脉冲发射器、嵌入式系统和信号采集与处理模块，所述前置放大器设置在承载平台右表面上并与第二支脚连接，所述电源设置在第一支脚的左侧表面上。

3.一种表面波和板波声速的非接触式测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将表面波和板波声速的非接触式测量装置连接完整，检查并通电；

S2：将被测构件置于扫描架下方，根据被测构件随入射角和频厚积变化的频散曲线，调整发射探头与被测构件形成一定倾斜角度，以满足临界角入射；

S3：操作嵌入式系统使脉冲发射器持续产生高压脉冲信号，并激励发射探头产生超声波，根据频厚积大小产生表面波或板波；

S4：观察波形，估算超声从空气中直接传播的到达声时；

S5：在上述声时约一半处放大波形，找到发射的超声波在被测构件中传播的信号并进行采集；

S6：接收探头接收到的信号经前置放大器放大后输出至信号采集与处理模块并保存；

S7：操作嵌入式系统控制电机驱动装置移动发射探头，步长一定距离d，并重复步骤S6；

S8：多组数据采集完毕后，操作嵌入式系统通过互相关算法计算每次发射探头移动后的声延时，并通过数据拟合计算得到声速，拟合计算的公式为

s＝v·t

式中s为发射探头相较于起始点移动的距离，t为相应的信号经处理后得到的声延时，v为拟合后得到的声速，拟合后误差平方和和均方根误差越接近0，复相关系数越接近于1，则拟合结果越精确。

4.根据权利要求3所述的一种表面波和板波声速的非接触式测量方法，其特征在于，所述步骤S2中发射探头与接收探头到被测构件表面的距离不超过20mm。

5.根据权利要求3所述的一种表面波和板波声速的非接触式测量方法，其特征在于，所述步骤S2中发射探头的中心频率为10KHz-1MHz。

6.根据权利要求3所述的一种表面波和板波声速的非接触式测量方法，其特征在于，所述步骤S7中电机驱动装置控制移动发射探头的扫描模式为线性扫描，每个移动为等间距。

7.根据权利要求3所述的一种表面波和板波声速的非接触式测量方法，其特征在于，所述步骤S8中利用最小二乘法原理进行拟合。

8.根据权利要求3所述的一种表面波和板波声速的非接触式测量方法，其特征在于，所述步骤S8中互相关算法为对于两个离散信号s₁(t)、s₂(t)，计算它们的归一化相关系数

式中n是信号序列的个数，i(i＝1，2，…，n)表示第i个离散点，当相关系数R₁₂值最大、最接近于1时对应的i值乘以采样周期即得两个信号间的时延，且选取二分之一有用信号窗宽计算信号相关性结果最佳。