[发明专利]使用超声波平探头同时测量线粘弹性薄层材料多参数的方法

摘要

本发明公开了一种使用超声波平探头同时测量线粘弹性薄层材料多参数的方法。其步骤为：1）将参考基体材料和线粘弹性薄层材料浸入水中，用超声波平探头位于其正上方并分别测得其反射回波s0(t)、s1(t)；2）对s0(t)、s1(t)进行低通滤波；3）对s1(t)中来自线粘弹性薄层材料上表面的回波s11(t)进行最佳估计以得到声阻抗的最优测量值Zm2，并将声阻抗等于Zm2时对应的s11(t)从s1(t)中减去；4）对s1(t)中来自线粘弹性薄层材料下表面的回波s12(t)进行最佳估计以得到渡越时间和衰减系数的最优测量值Δtm2和αm2。本发明避免了基于反射系数谱拟合的传统测量方法中经常出现的拟合收敛域问题，适合测量薄层材料的声学特性。

主权项

一种使用超声波平探头同时测量线粘弹性薄层材料多参数的方法，其特征在于方法的步骤如下：1）将薄层材料(5)放置于参考基体材料(4)表面，并置于盛有水的水槽(6)中，开启与超声波平探头(1)及计算机(9)相连的超声波发射接收器(8)；2）控制直线电机(2)运动，使超声波平探头(1)位于参考基体材料(4)正上方，测量参考基体材料(4)表面的超声波回波信号s0(t)；3）控制直线电机(2)运动，使超声波平探头(1)位于薄层材料(5)伸出参考基体材料(4)表面部分的正上方，即薄层材料(5)上下表面完全浸在水中的部分，测量薄层材料(5)的超声波回波信号s1(t)；4）分别对参考基体材料(4)表面的超声波回波信号s0(t)、薄层材料(5)的超声波回波信号s1(t)进行低通滤波；5）建立薄层材料的超声波回波模型： S 11 ( ω ) = S in ( ω ) · R 12 S 12 ( ω ) = S in ( ω ) · ( 1 - R 12 2 ) · R 21 · exp ( j 2 ωΔ t 2 - 2 α 2 ωΔ t 2 ) S 13 ( ω ) = S in ( ω ) · ( 1 - R 12 2 ) · R 21 3 · exp ( j 4 ωΔ t 2 - 4 α 2 ωΔ t 2 ) . . . . . . . . 式中ω为角频率，Sin(ω)为超声入射波的频域表示，S11(ω)为接收到的第一个超声波回波即来自薄层材料上表面回波的频域表示，S12(ω)为接收到的第二个超声波回波即来自薄层材料下表面回波的频域表示，S13(ω)为接收到的第三个超声波回波即经薄层材料下表面二次反射的回波的频域表示，R21=‑R12=(Z1‑Z2)/(Z2+Z1)为水与薄层材料分界面上的反射系数，Z1为水的声阻抗，Z2为薄层材料的声阻抗，Δt2为超声波自薄层材料上表面传播到薄层材料下表面所需的时间即渡越时间，α2为薄层材料中超声信号衰减系数，j为虚数单位，exp()为以自然对数e为底的指数函数；6）根据步骤5)中描述的薄层材料超声波回波模型，对薄层材料(5)的超声波回波信号s1(t)中来自薄层材料上表面的回波s11(t)进行最佳估计以得到声阻抗的最优测量值Zm2，并将声阻抗等于Zm2时对应的来自薄层材料上表面的回波s11(t)从薄层材料(5)的超声波回波信号s1(t)中减去；7）根据步骤5)中描述的薄层材料超声波回波模型以及步骤6)中测得的声阻抗的最优测量值Zm2，对薄层材料(5)的超声波回波信号s1(t)中来自线粘弹性薄层 材料下表面的回波s12(t)进行最佳估计以得到渡越时间的最优测量值Δtm2和衰减系数的最优测量值αm2。