[发明专利]一种瑞利波信号的高效检测方法

说明书

本发明涉及一种瑞利波信号的高效检测方法，采用双探头，倾斜、对向、反相位激励瑞利波，并在两个入射点连线的中点采集离面位移作为检测信号，适用于空气或水中的固体试件检测；通过控制入射倾角消除纵波的离面位移分量，通过控制入射相位消除横波的离面位移分量，从而获得仅具有瑞利波模态的纯净波场，在检测信号中仅保留瑞利波成分，实现瑞利波的高效检测，为材料性能表征、试件内部缺陷检测提供便利；通过沿试件表面移动激励器、接收器，可实现大范围快速检测。

技术领域

本发明涉及一种瑞利波信号的高效检测方法，属于无损检测技术领域。

背景技术

瑞利波是一种沿固体表面传播的超声波，通过观测瑞利波的速度、衰减、频散，可以表征材料性能，在无损检测、实验力学、土木工程、机械工程、仪器仪表领域具有广阔的应用前景。

传统的瑞利波检测采用单探头激励、单探头接收的模式。然而，采用单探头激励，在产生瑞利波的同时，还可能产生横波和纵波。由于这三种波的性质不同，会形成三个独立传播的波包。如图6、7、8所示，当被测试件尺寸较小时，各波包的传播不充分，在时域上互相重叠，给瑞利波的提取带来困难，无法根据瑞利波的速度、衰减、频散表征材料性能。

发明内容

本发明提供一种瑞利波信号的高效检测方法，采用双探头倾斜对向入射的激励方法，通过控制入射倾角消除纵波波包，通过控制入射相位消除横波波包，从而形成一个仅包含瑞利波模态的检测波场，将传统激励方法形成的三个波包简化为一个波包，消除了纵波、横波的干扰，实现瑞利波的高效检测，为材料性能表征、试件内部缺陷检测提供便利；通过沿试件表面移动激励器、接收器，可实现大范围快速检测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种瑞利波信号的高效检测方法，包括以下步骤：

第一步，布置探头，在试件表面倾斜布置两只激励器，分别编号为激励器1、激励器2，所述激励器1、激励器2呈对向布置，两只激励器与法线夹角均为θcr，设两只激励器的入射点分别为O1、O2，计O1、O2连线的中点为D点，在D点垂直位置设置接收器，采集D点的离面位移作为检测信号；

第二步，计算激励器倾角，采用空气或水耦合，计空气中纵波的波速C1＝340m/s，水中纵波的波速C1＝1497m/s，设被测试件为均匀、各向同性、线弹性固体，弹性模量为E，泊松比为μ，密度为ρ，根据下式计算试件中纵波的波速C2：

根据斯涅尔定律计算入射角θcr：

sinθcr＝C1/C2；

第三步，消除纵波，激励器1、激励器2以第二步中计算得出的入射角入射脉冲波，脉冲波由空气进入试件后，形成三种超声波：纵波、横波、瑞利波，其中，纵波速度最快，横波次之，瑞利波最慢，三种波引起的质点振动方向不同，其中试件中纵波的传播方向平行于试件表面，此时，由于纵波引起的质点振动方向与纵波传播方向相同，均平行于试件表面，因此，无法产生垂直于试件表面的振动分量，故D点的接收器无法采集到纵波引起的离面位移，此时的检测信号中不包含纵波波包，仅含有横波、瑞利波波包；

第四步，设置激励信号，设置正电压的脉冲信号作为激励信号1，设置负电压脉冲信号作为激励信号2，两条激励信号的波形相同，仅电压的正负值相反，向激励器1施加激励信号1，向激励器2施加激励信号2；

第五步，消除横波，记激励器1产生的横波、瑞利波为横波1、瑞利波1，记激励器2产生的横波、瑞利波分别为横波2、瑞利波2，当激励器1、激励器2分别施加激励信号1、激励信号2时，在D点处相遇的横波1、横波2引起的质点振动方向相反，相互抵消后为0，不引起离面位移；而瑞利波1、瑞利波2波呈椭圆形振动，由于入射方向相反、激励波幅值相反，瑞利波1、瑞利波2在D点相遇时，质点呈同向振动，相互加强并具有离面位移分量，故D点的接收器能采集到经加强放大的瑞利波，此时的检测信号中不包含纵波、横波波包，仅含有瑞利波波包；