[发明专利]利用电磁超声导波频散特性快速测量金属板材厚度方法

权利要求书

1.利用电磁超声导波频散特性快速测量金属板材厚度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，通过周期性永磁体电磁超声换能器，发射并记录M个水平剪切导波信号，M为≥2的自然数；步骤1中，在金属板材同侧放置发送周期性永磁体电磁超声换能器和接收周期性永磁体电磁超声换能器，每移动一次接收周期性永磁体电磁超声换能器发射并记录一个水平剪切导波信号；其中，发送周期性永磁体电磁超声换能器和接收周期性永磁体电磁超声换能器的周期性永磁体均包括多个条形永磁体，多个条形永磁体沿磁体两极连线的垂直方向对齐排列，相邻两个条形永磁体的端部磁极不同；

步骤2，对记录的M个水平剪切导波信号进行快速傅里叶变换，得到每一个水平剪切导波信号的频域信号；针对M个频域信号，利用互相关函数求出M个SH₀模态的频率f₀，通过f₀得到SH₁模态的频率f_1，m；结合导波波长，计算出水平剪切导波传播的体波波速和SH₁模态的相速度；

步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1对任意两次采集到的时域离散信号x(t)和y(t)，通过下式(1)计算出相对应的频域信号幅度为X(k)和Y(k)；其中X(k)代表信号x(t)傅里叶变换后的复数函数F(k)中幅度|F(k)|随频率变化的关系，Y(k)代表信号y(t)傅里叶变换后的复数函数F(k)中幅度|F(k)|随频率变化的关系；

其中，j为虚数单位，k为谐波次数，取值从0到U-1；U≥L，L为水平剪切导波信号的长度；

步骤2.2通过下式(3)对两个时域离散信号x(t)和y(t)进行互相关函数运算；

其中，R_X(k)和R_Y(k+i)分别对应于频域离散信号X(k)和Y(k+i)的归一化幅值，i为谐波次数之间的差值，U≥i≥-U；

共得到组R(i)值；

步骤2.3针对组R(i)值，当i＝0，且R(i)为最大值时，选取对应导波信号R_X(k)和R_Y(k)的最大峰值所对应的频率为SH₀模态的频率f₀；

步骤2.4对M次测量数据经过R(i)值计算后，得到N次(N≤M)有效测量；选取每组有效测量频域信号中f₀后面的第一个峰值为一次SH₁模态导波的频率f_1,m，进行了N次计算，SH₁模态导波的频率f₁计算如下：

其中，m为有效测试次数，m=1,2…N， f_1,m为第m次测试得到的回波信号中f₀后面的第一个峰值的频率；

步骤2.5SH导波在金属中传播的体波波速v_T为：

v_T＝v_p0＝λf₀ (7)

其中，λ为水平剪切导波的波长；

步骤2.6水平剪切导波SH₁模态的相速度v_p1为：

v_p1＝λf₁ (8):

步骤3，通过体波波速和相速度计算金属板材的厚度；

步骤3中，通过式(12)计算金属板材的厚度h：

其中，v_p1和v_T分别是水平剪切导波SH₁模态在金属中传播的相速度和水平剪切导波传播的体波波速。

2.根据权利要求1所述的利用电磁超声导波频散特性快速测量金属板材厚度方法，其特征在于，步骤1中，每次发射并记录水平剪切导波信号时，发送周期性永磁体电磁超声换能器和接收周期性永磁体电磁超声换能器之间的距离在5倍到25倍的波长之间。