本發明專利技術提供用于高聲衰減/大厚度材料縱波聲速分布測定系統及方法，包括超聲信號發射接收單元、超聲液耦單元、運動調節機構和信號處理與顯示單元，超聲信號發射接收單元包括發射換能器、接收換能器和超聲信號采集裝置，信號處理與顯示單元與超聲信號采集裝置通信連接，發射換能器發射超聲信號，超聲信號通過液體耦合后到達接收換能器或透過工件內部后再經過液體耦合到達接收換能器；探頭調節機構在前后、左右、上下方向移動，通過探頭調節機構對發射換能器和接收換能器進行角度偏轉調節；本發明專利技術在不需要知悉被檢測點厚度的情況下，克服高聲衰減/大厚度對聲信號傳播的影響，迅速有效測定出高聲衰減/大厚度材料的縱波聲速。測定出高聲衰減/大厚度材料的縱波聲速。測定出高聲衰減/大厚度材料的縱波聲速。
【技術實現步驟摘要】
用于高聲衰減/大厚度材料縱波聲速分布測定系統及方法
[0001]本專利技術涉及聲波測量領域，尤其涉及一種用于高聲衰減/大厚度材料縱波聲速分布測定系統。
技術介紹
[0002]高聲衰減材料中的聲散射現象通常非常嚴重，難以通過常規的脈沖反射法進行材料聲速測定；大厚度材料因為聲傳播路徑過長，也面臨類似的難題。對于常規材料，通常使用脈沖回波法，在預知材料的厚度的前提下，并按照一定的流程，選取特定的聲波信號，測量聲波在已知距離內傳播的時間，然后才能計算出材料的聲速。
[0003]對于尺寸較小的樣品，其厚度值通常可以通過幾何量具直觀地獲得，因此上述方法簡單易行；但對于高聲衰減材料，這種方法存在的另一個難以突破的問題在于：由于材料衰減太嚴重，或者材料太厚，聲波甚至無法完成一次完整的脈沖反射過程，因此探頭無法接收到工件的底面回波。
[0004]使用穿透法可以在一定程度上克服聲傳播距離過長所導致的底波消失問題，但其同樣需要預知工件的厚度；然而對于一些大尺寸或復雜構造的樣品，這種方法實施時可能受工件的尺寸或結構限制，而難以通過幾何量具獲得其厚度信息。
技術實現思路
[0005]本專利技術的目的是提供一種用于高聲衰減/大厚度材料縱波聲速分布測定系統及方法。
[0006]為了實現上述目的，本專利技術的技術方案是：
[0007]用于高聲衰減/大厚度材料縱波聲速分布測定系統，其特征在于，包括超聲信號發射接收單元、超聲液耦單元、運動調節機構和信號處理與顯示單元，所述超聲信號發射接收單元包括發射換能器、接收換能器和超聲信號采集裝置，所述信號處理與顯示單元與超聲信號采集裝置通信連接，所述發射換能器發射超聲信號，超聲信號通過液體耦合后到達接收換能器或透過工件內部后再經過液體耦合到達接收換能器；
[0008]所述超聲液耦單元包括耦合液體和容器，所述發射換能器、接收換能器和待檢測工件均浸沒于耦合液體中；
[0009]所述運動調節機構包括探頭調節機構和工件調節機構，通過所述探頭調節機構調節發射換能器和接收換能器的相對位置，所述工件調節機構與待檢測工件相連，通過工件調節機構對工件平移調節或改變工件入射表面與入射聲波之間的偏角。
[0010]進一步地，所述耦合液體為水或油。
[0011]進一步地，所述探頭調節機構可在前后、左右、上下方向移動，通過所述探頭調節機構對發射換能器和接收換能器進行角度偏轉調節。
[0012]用于高聲衰減/大厚度材料縱波聲速分布測定方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0013]步驟S1)布置測試環境，使發射換能器、與接收換能器在同一條軸線上；
[0014]步驟S2)發射換能器發射聲波，接收換能器接收直達信號，記錄發射信號與接收信號的時間差t0；
[0015]步驟S3)將工件放在發射換能器和接收換能器之間，確保工件厚度方向與聲波傳播方向一致；記錄聲波直接穿透工件時，發射信號和接收信號的時間差t1；
[0016]步驟S4)將工件旋轉角度θ0，調節發射換能器和接收換能器的相對位置使得聲信號最大，記錄此時發射信號與接收信號之間的時間差t2；
[0017]步驟S5)當工件處于偏角θ0時，聲波穿透工件厚度方向與無工件時的時間差表示為
[0018][0019]θ1為工件中縱波的折射角，其符合斯涅爾定律：
[0020][0021]定義比例系數
[0022]其中，c0為耦合介質的縱波聲速，c1為待測工件的縱波聲速；
[0023]步驟S6)聯立以上各式，計算比例系數
[0024]步驟S7)計算工件中入射點處的縱波聲速
[0025]步驟S8)完成高聲衰減/大厚度材料的縱波聲速測定。
[0026]進一步地，所述步驟S2具體包括：
[0027]對發射換能器進行激勵，在耦合液體中產生聲波，接收換能器接收到直達信號，信號處理顯示單元記錄通過超聲信號采集裝置記錄發射信號與接收信號之間的時間差t0，計算t0的特征點統一選擇為達到最大回波的前一個過0點信號。
[0028]進一步地，所述步驟S3具體包括：
[0029]將工件放在發射換能器和接收換能器之間，使得發射換能器到工件的距離大于近聲場距離，且接收換能器相對工件運動時不發生碰撞。
[0030]進一步地，所述步驟S4具體包括：
[0031]確保發射換能器和接收換能器在聲傳播主方向上的相對距離始終保持不變的前提下，通過探頭調節機構調節發射換能器和接收換能器之間的相對位置，使接收換能器接收到最大聲波信號。
[0032]本專利技術在不需要知悉被檢測點厚度的情況下，克服高聲衰減/大厚度對聲信號傳播的影響，迅速有效測定出高聲衰減/大厚度材料的縱波聲速。
附圖說明
[0033]圖1為本專利技術測定系統的結構示意圖；
[0034]圖2為本專利技術測定方法的實施流程圖；
[0035]圖3為本專利技術耦合液中發射換能器與接收換能器的示意圖。
[0036]附圖標記：
[0037]1超聲信號發射接收單元、2工件、3超聲液耦單元、
[0038]4運動調節機構、5信號處理顯示單元、
[0039]11發射換能器、12接收換能器、13超聲信號采集裝置、
[0040]31耦合液體、32容器、41探頭調節機構、42工件調節機構。
具體實施方式
[0041]下面將結合附圖對本專利技術的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。
[0042]本專利技術公開了一種用于高聲衰減/大厚度材料縱波聲速分布測定系統，包括超聲信號發射接收單元1、超聲液耦單元3、運動調節機構4和信號處理顯示單元5，超聲信號發射接收單元1包括發射換能器11、接收換能器12和超聲信號采集裝置13，信號處理顯示單元5與超聲信號采集裝置13通信連接，發射換能器11發射超聲信號，超聲信號通過液體耦合后到達接收換能器12或透過工件內部后再經過液體耦合到達接收換能器12；
[0043]超聲液耦單元3包括耦合液體31和容器32，耦合液體31為水或油，發射換能器11、接收換能器12和待檢測工件2均浸沒于耦合液體31中；
[0044]運動調節機構4包括探頭調節機構41和工件調節機構42，通過探頭調節機構41調節發射換能器11和接收換能器12的相對位置，工件調節機構42與待檢測工件2相連，通過工件調節機構42對工件平移調節或改變工件入射表面與入射聲波之間的偏角，探頭調節機構41可在前后、左右、上下方向移動，通過探頭調節機構41對發射換能器11和接收換能器12進行角度偏轉調節。
[0045]參考圖1，系統初始時，將超聲發射換能器11、超聲接收換能器12以及待檢測工件2均浸沒于耦合液體31，形成穩定聲傳播環境，發射換能器11和接收換能器12均固定于探頭調節機構41上，可實現X本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.用于高聲衰減/大厚度材料縱波聲速分布測定系統，其特征在于，包括超聲信號發射接收單元、超聲液耦單元、運動調節機構和信號處理與顯示單元，所述超聲信號發射接收單元包括發射換能器、接收換能器和超聲信號采集裝置，所述信號處理與顯示單元與超聲信號采集裝置通信連接，所述發射換能器發射超聲信號，超聲信號通過液體耦合后到達接收換能器或透過工件內部后再經過液體耦合到達接收換能器；所述超聲液耦單元包括耦合液體和容器，所述發射換能器、接收換能器和待檢測工件均浸沒于耦合液體中；所述運動調節機構包括探頭調節機構和工件調節機構，通過所述探頭調節機構調節發射換能器和接收換能器的相對位置，所述工件調節機構與待檢測工件相連，通過工件調節機構對工件平移調節或改變工件入射表面與入射聲波之間的偏角。2.根據權利要求1所述的測定系統，其特征在于，所述耦合液體為水或油。3.根據權利要求1所述的測定系統，其特征在于，所述探頭調節機構可在前后、左右、上下方向移動，通過所述探頭調節機構對發射換能器和接收換能器進行角度偏轉調節。4.用于高聲衰減/大厚度材料的縱波聲速分布測定方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟S1)布置測試環境，使發射換能器、與接收換能器在同一條軸線上；步驟S2)發射換能器發射聲波，接收換能器接收直達信號，記錄發射信號與接收信號的時間差t0；步驟S3)將工件放在發射換能器和接收換能器之間，確保工件厚度方向與聲波傳播方向一致；記錄...
【專利技術屬性】
技術研發人員：黃斐，謝新，周昌智，黃帥金，于航，黃凱華，張逸飛，尹嘉雯，王奕杰，張濤，
申請(專利權)人：上海船舶工藝研究所中國船舶工業集團公司第十一研究所，
類型：發明
國別省市：
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