[发明专利]一种测量双层板各层厚度的Lamb波厚度共振方法

说明书

本发明公开了一种测量双层板各层厚度的Lamb波厚度共振方法，双层板Lamb波截止频率与双层板厚度比有关，当测得Lamb波截止频率时，找到对应的厚度比，便可以求出每一层的厚度。本发明利用超声Lamb波在截止频率处产生的多模态厚度共振，对双层板各层厚度进行表征；该方法克服了传统超声脉冲回波测厚法，在板厚小于两倍波长时，回波信号互相混叠以致无法测量的缺点，当双层板厚度在波长量级甚至小于波长时，也能够很好的测量各层厚度。

技术领域

本发明涉及超声领域，具体涉及一种测量双层板各层厚度的Lamb波厚度共振方法。

背景技术

板状固体材料在建筑业、航空航天、压力容器制造、医药、镀膜技术等方面都有非常广泛的应用。相比于材料、厚度单一的单层板，双层板结构在不降低产品性能的前提下，发挥各个材料的优势，实现材料资源的最优配置，呈现刚度大、冲击性能好、成本低等效果，具有很好的经济效益和社会效益。在表征层板质量的一系列性能指标中，厚度不但是表征层板本身几何尺寸的一个参量，而且对层板的性能以及寿命均有很大的影响，因此厚度成为层板质量评价中至关重要的参数之一。

超声波测量方法具有传播距离长、穿透力强、对被测结构要求低、受测试环境影响小等优点。目前，测量双层板各层厚度使用比较多的方法是脉冲回波法，脉冲回波测厚法的原理主要是通过测量超声脉冲在样品中的传播时间，然后根据传播速度求出样品厚度，如文献1(DEM CˇENKO A，AKKER MAN R,VISSER H A.Ultrasonic measurements ofundamaged concrete layer thickness in a deteriorated concrete structure[J].NdtE International,2016(77):63-72)。超声换能器产生一定频率的脉冲波，垂直入射到样品表面。入射波在不同介质中传播时，在相邻两介质的界面处会产生反射波。但当薄层厚度小于两倍波长时，被测样品上、下表面、交界面处的反射回波就会混叠在一起，不易分辨，导致薄层测厚无法实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量双层板各层厚度的Lamb波厚度共振方法，利用Lamb波在截止频率处可以产生多模态的厚度共振，对双层板各层厚度进行表征，当双层板厚度在波长量级甚至小于波长时，也能够很好的测量各层厚度。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种测量双层板各层厚度的Lamb波厚度共振方法，确定双层板Lamb波截止频率与双层板厚度比的变化曲线，通过实验测得截止频率，找到对应的厚度比，求出每一层的厚度。

进一步的，理论推导出双层板Lamb波截止频率与层板厚度之间的关系，其中各层厚度用双层板厚度比和总厚度来描述。

利用超声纵波直探头进行Lamb波厚度共振模式的激发探测实验，得到待测样品的截止频率，再对照理论截止频率随双层板厚度比变化的曲线，可以找到对应的厚度比。

假定两板的密度为ρ_i，纵波速度为c_Li，横波速度为c_Ti，厚度比为r，i表示在第几层，i＝1、2，双层板的总厚度为d，得到双层板Lamb波截止频率f_c与厚度比r之间的关系为：

或

进一步的，在材料密度、横波速度和双层板总厚度已知的情况下，得到不同厚度比r下，对应的Lamb波截止频率，作出双层板Lamb波截止频率随厚度比r变化的曲线。