[发明专利]非接触式固体材料纵波声速测量装置以及声速测量方法

权利要求书

1.一种非接触式固体材料纵波声速测量装置，其特征在于，具备：

液体槽，在其中放置被测物并且填充有不破坏所述被测物的特性的液体；

发射换能器，配置在所述液体槽的一侧，并且发出一系列不同频率的声波；

接收换能器，配置在所述液体槽的与配置有所述发射换能器的一侧相对的一侧，接收透过所述被测物的声波；以及

信号采集处理器，对所述接收换能器接收到的声波的波形进行处理，得到一系列不同频率透射声波各自的透射能量，根据透射能量最高时对应的声波频率得到所述被测物的纵波声速。

2.如权利要求1所述的非接触式固体材料纵波声速测量装置，其特征在于，

根据由所述信号采集处理装置得到的一系列不同频率透射声波的透射能量，得到与各频率对应的声强透射系数，建立所述声强透射系数与各个频率的对应关系表，根据所述声强透射系数与所述被测物的厚度的关系以及所述对应关系表得到所述被测物的纵波声速。

3.如权利要求2所述的非接触式固体材料纵波声速测量装置，其特征在于，

将所述液体槽中的位于所述发射换能器与所述被测物之间的液体作为第1层介质、将所述被测物作为第2层介质并且将所述被测物与所述接收换能器之间的液体作为第3层介质，设第n层介质的密度、声波速度分别为、，其声阻抗为，所述第2层介质的厚度为d，其中，n=1,2,3，

设声波频率为f，则角频率为，第n层介质的波数k_n如式（1）所示，

(1)，

第n层介质中声波的波长λ_n如式（2）所示，

(2)，

由此，得到第1、2、3层这三层介质的声强透射系数，如式（3）所示，

(3)，

当时，在所述第2层介质的厚度d是所述第2层介质中半波长的整数倍的情况下所述声强透射系数为极大值，即，当d=m×时所述声强透射系数为极大值，其中，m是大于等于1的正整数，根据上述的式（2）即可得到声波在所述第2层介质中的速度，其中为所述对应关系表中所述声强透射系数的第m个极大值时对应的声波频率，并且不为0。

4.如权利要求3所述的非接触式固体材料纵波声速测量装置，其特征在于，

取m值为1，并且将所述对应关系表中的除0Hz外的第1个声强透射系数峰值时的频率带入到公式中，从而得到所述被测物的纵波声速。

5.如权利要求1～4的任意一项所述的非接触式固体材料纵波声速测量装置，其特征在于，

所述被测物与所述换能器的发射方向以及所述接收换能器的接收方向垂直。

6.如权利要求1～4的任意一项所述的非接触式固体材料纵波声速测量装置，其特征在于，

还具备：信号发生器，与所述发射换能器连接，以扫频的形式等间隔输出从低到高频率的一系列信号来驱动与所述发射换能器发出一系列不同频率的声波。

7.一种声速测量方法，以非接触方式对固体材料纵波声速进行测量，其特征在于，具备如下步骤：

发射换能器发出一系列不同频率的声波；

接收换能器接收来自所述发射换能器并且透过了被测物的声波；以及

对所述接收换能器接收到的声波的波形进行处理，得到一系列不同频率透射声波各自的透射能量，根据透射能量最高时对应的声波频率得到所述被测物的纵波声速。

8.如权利要求7所述的声速测量方法，其特征在于，

在得到所述被测物的纵波声速的步骤中，根据所得到的一系列不同频率透射声波的透射能量，得到与各频率对应的声强透射系数，建立所述声强透射系数与各个频率的对应关系表，根据所述声强透射系数与所述被测物的厚度的关系以及所述对应关系表得到所述被测物的纵波声速。