[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

说明书

本发明公开了一种利用电磁超声导波频散特性快速测量金属板材厚度方法；该方法利用周期性永磁体电磁换能器发射水平剪切导波，沿传播方向多次(至少需要移动一次)平移接收传感器位置后并记录导波信号。然后，利用信号处理方法分别对不同位置的导波信号进行分析计算。在此基础上，通过对超声导波在金属板材中传播的体波波速以及不同模态的相速度的计算，结合电磁超声导波的频散特性实现对金属板材厚度的快速准确测量，本发明有效解决了超声导波在金属板材中传播速度无法准确获得的问题，消除了金属板材几何形状以及外部测量条件对波速测量的影响，具有检测速度快、准确度高等显著特点。

【技术领域】

本发明属于金属板材的测厚领域，具体涉及一种利用电磁超声导波频散特性快速测量金属板材厚度方法。

【背景技术】

金属板材在生产加工过程中由于制造水平限制容易出现厚度不均。同时，实际使用中磨损、应力或腐蚀等因素会进一步加剧其厚度变化，降低设备的稳定性、可靠性和使用寿命。因此，金属板材的精准测厚是确保其质量和性能的首要前提，对安全生产至关重要。目前常用的测厚方法多为压电式超声检测技术。该技术作为一种接触测量技术，对被测试件表面条件要求苛刻，检测过程必须使用耦合剂，适用范围有限而且检测精度不高。

和压电式超声检测技术相比，电磁超声检测技术作为非接触测量技术，对试件表面条件没有要求，适用于各种检测环境。同时，检测过程中无需耦合剂可有效提高检测效率，因而近年来得到了广泛应用。然而，现有的电磁超声检测技术主要利用超声导波在金属内的传播速度和传播时间直接计算试件厚度，导致检测精度往往不高。

为了有效提高电磁超声检测技术的测厚精度，近年来国内外研究人员在电磁超声换能器的制作工艺、优化设计以及信号处理等领域进行了大量工作，并不断涌现出新的理论和方法，其中电磁超声导波就是一种很有发展潜力的新技术。但由于电磁超声导波在金属板材中传播行为的复杂性，对板材本身几何形状的高度依赖性以及特有的频散现象，往往无法准确计算出金属板材中的多种超声导波传播速度，实现对金属板材厚度的精准测量。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述技术缺点，提供一种利用电磁超声导波频散特性快速测量金属板材厚度方法，该方法用于解决现有的测量金属板材方法中无法对金属板材厚度精确测量的缺陷。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

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频率f₀，通过f₀得到SH₁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3，通过体波波速和相速度计算金属板材的厚度。

本发明的进一步改进在于

优选的，步骤1中，在金属板材同侧放置发送周期性永磁体电磁换能器和接收周期性永磁体电磁换能器，每移动一次接收周期性永磁体电磁换能器发射并记录一个水平剪切导波信号。

优选的，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换能器和接收周期性永磁体电磁换能器之间的距离在5倍到25倍的波长之间。

优选的，步骤2具体包括以下步骤：