[发明专利]材料力学属性信息的测量方法、装置及系统

说明书

本发明公开了一种材料力学属性信息的测量方法、装置及系统，该方法包括：向待测材料加载不同频率的激励信号；测量不同频率激励信号下待测材料表面波信号或界面波信号的运动信息，其中，运动信息包括：波速和频散信息，表面波信号或界面波信号是通过至少两个超声换能器采集的待测材料表面或内部界面的超声波信号；根据不同频率激励信号下待测材料表面波信号或界面波信号的运动信息，确定待测材料的力学属性信息；输出待测材料的力学属性信息。本发明基于超声换能器对材料表面波或界面波的运动信息进行测量，能够实现对薄膜包裹材料或其他包裹材料或处于特殊环境的材料的力学属性信息进行反演。

技术领域

本发明涉及材料力学特性测量领域，尤其涉及一种材料力学属性信息的测量方法、装置及系统。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

众所周知，材料在受到外界力学激励时，材料表面及材料内部各相的界面会有表面波或界面波信号传播。而表面波、界面波信号的传播属性(例如，波波速、频散特性)与材料本身的力学性质息息相关，因而，通过对材料施以合适的力学激励，用合理的方式对表面波或界面波信号进行采集，并用合理的算法对采集的信号进行处理，即可反演材料的力学属性。

目前，现有技术大多通过压电传感器采集待测材料的表面波信号，进而根据表面波信号来对待测材料的力学属性信息进行反演，这种方案存在如下不足：①由于压电传感器需要与材料直接接触，不适用于一些浸没在特殊液体环境中的材料或生物材料 (例如，用于移植的肝脏等)；②由于压电传感器很难测量到待测材料内部的运动信号，因而，如果待测材料是由待测体被其他材料包裹(例如，肌肉被其表层皮肤包裹、超声体模被表面涂层包裹等)的材料，材料分层结构未知，根据采集到的表面波信号难以反演出待测材料的力学属性信息。

针对上述问题，目前尚未有解决的方案。

发明内容

本发明实施例提供一种材料力学属性信息的测量方法，用以解决现有技术通过压电传感器采集的材料表面波形信号来对材料力学属性信息进行反演的方案，不适用于包裹材料的技术问题，该方法包括：向待测材料加载不同频率的激励信号，激励信号为由信号发生器产生并由激振器向待测材料加载的机械激励信号，待测材料包括：单相材料和具有包裹材料的待测材料，单相材料包括：单相粘性材料和单相弹性材料；测量不同频率激励信号下待测材料表面波信号或界面波信号的运动信息，其中，运动信息包括：波速和频散信息，待测材料表面波信号的频散信息用于确定待测材料为粘性材料或弹性材料，表面波信号或界面波信号是通过至少两个超声换能器采集的待测材料表面或内部界面的超声波信号；根据不同频率激励信号下待测材料表面波信号或界面波信号的运动信息，确定待测材料的力学属性信息；输出待测材料的力学属性信息；

其中，在测量不同频率激励信号下待测材料表面波信号或界面波信号的运动信息之前，还包括：

根据激励信号的频率，调整对待测材料表面波信号或界面波信号进行测量的测量参数，其中，测量参数包括：向待测材料加载激励信号的幅度、测点与激励点之间的距离，以及各个测点之间的距离；

通过如下公式确定测量参数：

f×l＝C₁；

f×d＝C₂；

其中，f表示激励信号的频率；l表示测点与激励点之间的距离；d表示各个测点之间的距离；C₁和C₂表示常数；

其中，根据不同频率激励信号下所述待测材料表面波信号或界面波信号的运动信息，确定所述待测材料的力学属性信息，包括：

如果所述待测材料为单相粘性材料，则根据粘弹性本构模型的表面波频散信息，确定所述待测材料的粘弹性参数；