本發(fā)明涉及超聲無損檢測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于確定材料的彈性模量的空氣耦合超聲檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

無損檢測(cè)(Nondestructive Testing)簡(jiǎn)稱NDT，是不破壞和損傷受檢物體，對(duì)它的性能、質(zhì)量、有無內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)的一種技術(shù)。在現(xiàn)有的無損檢測(cè)方法中，常規(guī)方法有射線探傷(RT)方法、超聲檢測(cè)(UT)方法、滲透探查(PT)方法、磁粉檢測(cè)(MT)方法、渦流檢測(cè)(ET)方法，當(dāng)然還有微波檢測(cè)方法、電位檢測(cè)方法等。

超聲檢測(cè)(UT)是利用超聲波在被檢測(cè)材料中傳播時(shí)，材料的聲學(xué)特性和內(nèi)部組織的變化對(duì)超聲波的傳播產(chǎn)生一定的影響，通過對(duì)超聲波受影響程度和狀況的探測(cè)了解材料性能和結(jié)構(gòu)變化。當(dāng)超聲波進(jìn)入物體遇到缺陷時(shí)，一部分聲波就會(huì)產(chǎn)生反射、透射及折射，接收傳感器通過對(duì)這些特征波進(jìn)行分析，來測(cè)量材料的厚度、發(fā)現(xiàn)隱藏的內(nèi)部缺陷，或來分析諸如金屬、塑料、復(fù)合材料、陶瓷、橡膠以及玻璃等材料的物化特性等。

空氣耦合超聲檢測(cè)以空氣作為耦合介質(zhì)，與常規(guī)超聲檢測(cè)方法相比，換能器無需接觸工件，被測(cè)試樣也避免了耦合劑的污染，因此便于工件的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。導(dǎo)波是超聲波的一種，是由于介質(zhì)邊界的存在而產(chǎn)生的波，導(dǎo)波在傳播過程中以反射與折射的方式與邊界發(fā)生作用，產(chǎn)生橫波和縱波間的模態(tài)轉(zhuǎn)換，所以導(dǎo)波就呈現(xiàn)出了常規(guī)聲波所不具有的一些特點(diǎn)，最主要的特征就是具有頻散現(xiàn)象、多模態(tài)和較遠(yuǎn)的傳播距離。其中，導(dǎo)波的頻散特性中就包含著材料的彈性參數(shù)信息，如彈性模量、泊松比等。目前并沒有成熟的通過研究材料中導(dǎo)波的頻散特性去測(cè)量材料彈性參數(shù)的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中沒有成熟的通過對(duì)材料中導(dǎo)波頻散特性來進(jìn)行材料的彈性模量測(cè)量的方法的缺陷，提出一種用于確定材料的彈性模量的空氣耦合超聲檢測(cè)方法。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的：

本發(fā)明提供了一種用于確定材料的彈性模量的空氣耦合超聲檢測(cè)方法，其特點(diǎn)在于，采用空氣耦合超聲檢測(cè)設(shè)備實(shí)施所述空氣耦合超聲檢測(cè)方法，所述空氣耦合超聲檢測(cè)設(shè)備包括超聲波的發(fā)射探頭和接收探頭，所述空氣耦合超聲檢測(cè)方法包括以下步驟：

步驟一、根據(jù)對(duì)稱模式和反對(duì)稱模式的導(dǎo)波頻散關(guān)系式，由給定的頻厚積、由待測(cè)材料制成的待測(cè)板的密度以及彈性模量和泊松比的估計(jì)值，求解出給定的頻厚積下各個(gè)模態(tài)的導(dǎo)波相速度，進(jìn)而得到待測(cè)材料中導(dǎo)波的第一理論頻散曲線，所述第一理論頻散曲線為對(duì)稱模式及反對(duì)稱模式的相速度-頻厚積曲線，其中對(duì)稱模式和反對(duì)稱模式的導(dǎo)波頻散關(guān)系式分別為如下的公式(1)、(2)：

其中，k＝ω/c，ω＝2πf，

上述公式中d是待測(cè)板的厚度，f是導(dǎo)波的頻率，ω是導(dǎo)波的角頻率，c是導(dǎo)波相速度，k為波數(shù)，C_L是待測(cè)材料中的縱波波速，G_T是待測(cè)材料中的橫波波速，E為材料彈性模量，v為泊松比，ρ為待測(cè)板的密度，d、f之積為頻厚積；

步驟二、先利用導(dǎo)波的相速度理論值和折射定律求得在給定的頻厚積下導(dǎo)波的各個(gè)模態(tài)的諧振角，然后調(diào)節(jié)所述發(fā)射探頭和所述接收探頭使其與由待測(cè)板的厚度方向的夾角為求得的各個(gè)諧振角，并在與各個(gè)諧振角對(duì)應(yīng)的頻厚積下測(cè)得待測(cè)板中的導(dǎo)波波長(zhǎng)，根據(jù)測(cè)得的導(dǎo)波波長(zhǎng)計(jì)算得到給定的頻厚積所對(duì)應(yīng)的導(dǎo)波相速度，進(jìn)而得到待測(cè)板中導(dǎo)波的第一實(shí)測(cè)頻散曲線，所述第一實(shí)測(cè)頻散曲線為對(duì)稱模式及反對(duì)稱模式的相速度-頻厚積曲線；

步驟三、根據(jù)第一理論頻散曲線得出第一導(dǎo)波相速度變化率曲線和第二導(dǎo)波相速度變化率曲線，第一導(dǎo)波相速度變化率曲線記錄有第一理論頻散曲線上每個(gè)點(diǎn)的第一相速度變化率、頻厚積及模態(tài)，每個(gè)點(diǎn)的第一相速度變化率為當(dāng)彈性模量增大預(yù)設(shè)的第一百分比幅值后導(dǎo)波相速度的理論變化量，第二導(dǎo)波相速度變化率曲線記錄有第一理論頻散曲線上每個(gè)點(diǎn)的第二相速度變化率、頻厚積及模態(tài)，每個(gè)點(diǎn)的第二相速度變化率為當(dāng)泊松比增大預(yù)設(shè)的第二百分比幅值后導(dǎo)波相速度的理論變化量，所述理論變化量均根據(jù)所述第一理論頻散曲線所對(duì)應(yīng)的導(dǎo)波頻散關(guān)系式計(jì)算得出；

步驟四、根據(jù)第一導(dǎo)波相速度變化率曲線、第二導(dǎo)波相速度變化率曲線，找出多對(duì)計(jì)算點(diǎn)對(duì)，每一對(duì)計(jì)算點(diǎn)對(duì)由第一相速度變化率大于預(yù)設(shè)的第一閾值、且第二相速度變化率異號(hào)的兩個(gè)點(diǎn)組成；

步驟五、針對(duì)計(jì)算點(diǎn)對(duì)中的每一點(diǎn)，以其對(duì)應(yīng)的彈性模量和泊松比替代步驟一中彈性模量和泊松比的估計(jì)值，并重復(fù)步驟一的計(jì)算過程得到待測(cè)材料中導(dǎo)波的第二理論頻散曲線，然后重復(fù)步驟二以基于第二理論頻散曲線測(cè)得第二實(shí)測(cè)頻散曲線；

步驟六、根據(jù)所述多對(duì)計(jì)算點(diǎn)對(duì)中各個(gè)點(diǎn)的模態(tài)和頻厚積從第二實(shí)測(cè)頻散曲線中查出各個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第二實(shí)測(cè)導(dǎo)波相速度，以第二實(shí)測(cè)導(dǎo)波相速度c_i為初始解，由對(duì)稱模式和反對(duì)稱模式的導(dǎo)波頻散關(guān)系式(1)或(2)求出第二理論導(dǎo)波相速度c(f_i，c_i，ρ，E⁰，v⁰)，然后根據(jù)相速度偏差的最小平方和優(yōu)化算法，根據(jù)以下公式(3)，

求出待測(cè)材料的彈性模量，其中，E⁰、ν⁰分別為待測(cè)材料的彈性模量和泊松比，n為所述多對(duì)計(jì)算點(diǎn)對(duì)中點(diǎn)的總數(shù)量，點(diǎn)的序號(hào)i遍歷1至n，f_i是序號(hào)為i的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的導(dǎo)波頻率。

較佳地，第一百分比幅值小于2％。

較佳地，第二百分比幅值小于1％。

較佳地，所述空氣耦合超聲檢測(cè)設(shè)備還包括工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和前置放大器，其中，所述發(fā)射探頭和所述接收探頭位于待測(cè)板的同側(cè)，且其設(shè)置方向相對(duì)于待測(cè)板的法向?qū)ΨQ，所述信號(hào)發(fā)生器經(jīng)所述功率放大器連接至所述發(fā)射探頭，所述接收探頭經(jīng)所述前置放大器連接至數(shù)據(jù)采集卡和工控機(jī)，并且所述數(shù)據(jù)采集卡還與所述信號(hào)發(fā)生器或所述功率放大器相連接，以保證發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)的同步。

在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實(shí)例。

本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：

本發(fā)明的空氣耦合超聲檢測(cè)方法，解決了由于頻散曲線關(guān)于材料彈性參數(shù)的非線性特征導(dǎo)致彈性模量的求解算法不收斂的問題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于材料的彈性模量的無損測(cè)量，并且測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的空氣耦合超聲檢測(cè)方法的流程圖。

圖2A示出了本發(fā)明一較佳實(shí)施例中計(jì)算得到的待測(cè)材料中導(dǎo)波的第一理論頻散曲線中對(duì)稱模式的頻散曲線的示例。

圖2B示出了本發(fā)明一較佳實(shí)施例中計(jì)算得到的待測(cè)材料中導(dǎo)波的第一理論頻散曲線中反對(duì)稱模式的頻散曲線的示例。

圖3A為本發(fā)明一較佳實(shí)施例中的相速度隨彈性模量的線性變化示意圖的示例。

圖3B為本發(fā)明一較佳實(shí)施例中的相速度隨彈性模量的線性變化示意圖的示例。

圖4A示出了本發(fā)明一較佳實(shí)施例中計(jì)算得到的導(dǎo)波相速度相對(duì)于彈性模量的變化率曲線的示例。

圖4B示出了本發(fā)明一較佳實(shí)施例中計(jì)算得到的導(dǎo)波相速度相對(duì)于泊松比的變化率曲線的示例。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖，進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，以下的描述為示例性的，并非對(duì)本發(fā)明的限制，任何的其他類似情形也都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。

在以下的具體描述中，方向性的術(shù)語，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、等，參考附圖中描述的方向使用。本發(fā)明的實(shí)施例的部件可被置于多種不同的方向，方向性的術(shù)語是用于示例的目的而非限制性的。

根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的用于確定材料的彈性模量的空氣耦合超聲檢測(cè)方法，其采用空氣耦合超聲檢測(cè)設(shè)備實(shí)施?？諝怦詈铣暀z測(cè)設(shè)備，可以包括超聲波的發(fā)射探頭和接收探頭，以及工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和前置放大器。其中，發(fā)射探頭和接收探頭位于待測(cè)板的同側(cè)，且其設(shè)置方向相對(duì)于待測(cè)板的法向?qū)ΨQ，信號(hào)發(fā)生器經(jīng)功率放大器連接至發(fā)射探頭，接收探頭經(jīng)前置放大器連接至數(shù)據(jù)采集卡和工控機(jī)，并且數(shù)據(jù)采集卡還與信號(hào)發(fā)生器或功率放大器相連接，以保證發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)的同步。

發(fā)射探頭與接收探頭的角度能夠靈活旋轉(zhuǎn)，可以調(diào)節(jié)至各模態(tài)導(dǎo)波所對(duì)應(yīng)的諧振角，從而能夠激發(fā)出所需模態(tài)的導(dǎo)波。由于導(dǎo)波的頻散特性，當(dāng)改變發(fā)射探頭與接收探頭之間距離時(shí)，接收信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生周期性的變化，當(dāng)此距離為導(dǎo)波半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，接收信號(hào)強(qiáng)度出現(xiàn)極大值。因此，精確測(cè)出接收信號(hào)的相鄰若干次極大值所對(duì)應(yīng)的發(fā)射與接收探頭的間距，就可以得到導(dǎo)波波長(zhǎng)。

在此基礎(chǔ)上，根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的空氣耦合超聲檢測(cè)方法可由材料中的導(dǎo)波波長(zhǎng)，進(jìn)而求得導(dǎo)波相速度，繪制出導(dǎo)波頻散曲線。然后分別計(jì)算針對(duì)材料彈性模量和泊松比的導(dǎo)波相速度變化率，篩選相速度變化率絕對(duì)值大的點(diǎn)用于反求彈性參數(shù)，由此解決了由于頻散曲線上部分點(diǎn)對(duì)材料彈性模量和泊松比的變化不靈敏導(dǎo)致求解結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。并且，根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的空氣耦合超聲檢測(cè)方法還利用了材料的彈性參數(shù)小幅度變化時(shí)，相速度近似成線性變化的特點(diǎn)，運(yùn)用相速度偏差最小平方和的優(yōu)化方法，選取相速度偏差平方等值線容易在彈性參數(shù)初始解附近相交的點(diǎn)代入計(jì)算，從而解決了由于頻散曲線關(guān)于材料彈性參數(shù)的顯著非線性特征而導(dǎo)致求解算法不收斂的問題。以下將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的空氣耦合超聲檢測(cè)方法的具體步驟。

參考圖1所示，根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的空氣耦合超聲檢測(cè)方法大體上包括以下步驟：步驟一、根據(jù)對(duì)稱模式和反對(duì)稱模式的導(dǎo)波頻散關(guān)系式，求解得到待測(cè)材料中導(dǎo)波的第一理論頻散曲線；步驟二、利用第一理論頻散曲線實(shí)驗(yàn)測(cè)得在給定的頻厚積下待測(cè)板中的導(dǎo)波波長(zhǎng)，得出導(dǎo)波的第一實(shí)測(cè)頻散曲線；步驟三、計(jì)算得出導(dǎo)波相速度隨彈性模量的變化率和導(dǎo)波相速度隨泊松比的變化率曲線；步驟四、根據(jù)導(dǎo)波相速度變化率曲線篩選出多對(duì)計(jì)算點(diǎn)對(duì)；步驟五、針對(duì)計(jì)算點(diǎn)對(duì)中的每一點(diǎn)，以其對(duì)應(yīng)的彈性模量和泊松比重復(fù)步驟一、二的計(jì)算過程得到第二實(shí)測(cè)頻散曲線；步驟六、根據(jù)第二實(shí)測(cè)頻散曲線利用相速度偏差的最小平方和優(yōu)化算法求解待測(cè)材料的彈性模量。

以下將詳細(xì)介紹上述空氣耦合超聲檢測(cè)方法的實(shí)施過程。

首先，測(cè)量并繪制待測(cè)材料中導(dǎo)波的第一實(shí)測(cè)頻散曲線。

具體來說，根據(jù)對(duì)稱模式和反對(duì)稱模式的導(dǎo)波頻散關(guān)系式，由給定的頻厚積、由待測(cè)材料制成的待測(cè)板的密度以及彈性模量和泊松比的估計(jì)值，求解出給定的頻厚積下各個(gè)模態(tài)的導(dǎo)波相速度，進(jìn)而得到待測(cè)材料中導(dǎo)波的第一理論頻散曲線，第一理論頻散曲線為對(duì)稱模式及反對(duì)稱模式的相速度-頻厚積曲線，其中對(duì)稱模式和反對(duì)稱模式的導(dǎo)波頻散關(guān)系式分別為如下的公式(1)、(2)：

其中，k＝ω/c，ω＝2πf，

上述公式中d是待測(cè)板的厚度，f是導(dǎo)波的頻率，ω是導(dǎo)波的角頻率，c是導(dǎo)波相速度，k為波數(shù)，C_L是待測(cè)材料中的縱波波速，C_T是待測(cè)材料中的橫波波速，E為材料彈性模量，v為泊松比，ρ為待測(cè)板的密度，d、f之積為頻厚積。至此，得到的待測(cè)材料中導(dǎo)波的第一理論頻散曲線可參考圖2A及圖2B所示，其中圖2A示出對(duì)稱模式的頻散曲線，圖2B示出反對(duì)稱模式的頻散曲線。

利用導(dǎo)波的相速度理論值和折射定律(其中C_{L_air}為空氣中縱波波速)求得在給定的頻厚積下導(dǎo)波的各個(gè)模態(tài)的諧振角，然后調(diào)節(jié)發(fā)射探頭和接收探頭使其與由待測(cè)板的厚度方向的夾角為求得的各個(gè)諧振角，選取激勵(lì)信號(hào)頻率為給定的頻厚積除以待測(cè)板的厚度，就會(huì)在板材中激勵(lì)出所測(cè)模態(tài)的導(dǎo)波。通過改變兩探頭之間的距離，當(dāng)接收信號(hào)第一次出現(xiàn)極大值時(shí)記錄下當(dāng)前探頭的位置，記為X₀。繼續(xù)改變兩探頭之間的距離，記錄下接收信號(hào)再次出現(xiàn)N次極大值時(shí)的探頭位置，記為X₁，那么材料中導(dǎo)波的波長(zhǎng)就可通過公式計(jì)算得到，并進(jìn)而求出導(dǎo)波的相速度c為按照上面的過程可測(cè)得各個(gè)給定的頻厚積所對(duì)應(yīng)的導(dǎo)波相速度，進(jìn)而可以計(jì)算得到待測(cè)板中導(dǎo)波的第一實(shí)測(cè)頻散曲線，第一實(shí)測(cè)頻散曲線為對(duì)稱模式及反對(duì)稱模式的相速度-頻厚積曲線。至此，即得到了待測(cè)板中實(shí)際的導(dǎo)波頻散曲線。

在上述步驟得到的第一實(shí)測(cè)頻散曲線的基礎(chǔ)上，理論上來說，對(duì)稱模式和反對(duì)稱模式的頻散曲線關(guān)系式中的未知參量只有彈性模量和泊松比，利用對(duì)稱模式和反對(duì)稱模式的這兩個(gè)方程就可以求解。然而，由于頻散曲線關(guān)于材料彈性模量和泊松比的非線性特征非常明顯，即使實(shí)驗(yàn)所測(cè)值很精確，通常的反求材料彈性參數(shù)的方法也會(huì)出現(xiàn)求解算法不收斂的問題，并且只選兩個(gè)點(diǎn)建立方程組使得測(cè)量誤差對(duì)于計(jì)算結(jié)果有顯著影響，從而難以得到可靠的最終結(jié)果。

盡管頻散曲線整體上呈現(xiàn)出很強(qiáng)的非線性特征，但是當(dāng)彈性模量和泊松比在很小的范圍內(nèi)變化時(shí)，導(dǎo)波相速度基本呈線性變化。舉例來說，參考圖3A及圖3B所示，圖中縱坐標(biāo)為導(dǎo)波相速度的變化量，橫坐標(biāo)則分別為彈性模量及泊松比，用以示出導(dǎo)波相速度隨彈性模量和泊松比在小范圍內(nèi)變動(dòng)的線性變化曲線。圖3A及3B中，以導(dǎo)波相速度c與選定的這一小范圍內(nèi)導(dǎo)波相速度的參考值c₀之差與參考值c₀之比顯示其變化，并以彈性模量E與選定的這一小范圍內(nèi)彈性模量的參考值E₀之比顯示各點(diǎn)的彈性模量大小，以泊松比v與選定的這一小范圍內(nèi)泊松比的參考值v₀之比顯示各點(diǎn)的泊松比的大小。因而圖3A及3B中橫坐標(biāo)及縱坐標(biāo)均為無量綱量。舉例來說，所選點(diǎn)可以為頻散曲線上S0(0.5，8.311)、S0(3.3，6.308)、S1(7，8.689)，彈性模量變化范圍為-1％～+1％，泊松比變化范圍為-0.5％～+0.5％。當(dāng)彈性模量和泊松比在小范圍內(nèi)變化時(shí)，導(dǎo)波相速度近似隨彈性模量增大線性增大，而隨泊松比增大可能接近線性增大或線性減小，也可能近似不變。總之，當(dāng)材料彈性參數(shù)在小范圍變化時(shí)，線速度偏差呈現(xiàn)出很強(qiáng)的線性變化特征。因此，利用“當(dāng)彈性模量和泊松比在很小的范圍內(nèi)變化時(shí)，導(dǎo)波相速度基本呈線性變化”這一特點(diǎn)，通過合理選取參考點(diǎn)，可避免上述頻散曲線的非線性特征明顯所帶來的問題。

另一方面，對(duì)稱模式和反對(duì)稱模式的實(shí)際的導(dǎo)波頻散曲線上，并不是所有的點(diǎn)的彈性參數(shù)變化后，相速度都會(huì)有明顯的變化，而本發(fā)明在計(jì)算中顯然需要對(duì)于相速度影響更明顯，或者說更靈敏的點(diǎn)。為了得到相速度關(guān)于材料彈性模量和泊松比變化的靈敏度，將材料彈性模量和泊松比的值分別增大一定量，比如較低的百分比，例如1％，然后運(yùn)用對(duì)稱模式和反對(duì)稱模式的實(shí)際的導(dǎo)波頻散曲線來計(jì)算導(dǎo)波相速度的變化量，進(jìn)而用導(dǎo)波相速度的變化量與彈性模量變化量或泊松比變化量的比值，繪制出導(dǎo)波相速度變化率曲線，參考圖4A及圖4B所示。其中，圖4A示出導(dǎo)波相速度相對(duì)于彈性模量的變化率曲線，圖4B示出導(dǎo)波相速度相對(duì)于泊松比的變化率曲線。在上述曲線中數(shù)值絕對(duì)值大的點(diǎn)表明導(dǎo)波相速度對(duì)彈性模量和泊松比的變化靈敏，選擇這些點(diǎn)計(jì)算材料的彈性模量會(huì)使計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確。相反，運(yùn)用相速度對(duì)彈性模量和泊松比的變化不敏感的點(diǎn)用于計(jì)算會(huì)降低計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

此外，由于導(dǎo)波相速度總是隨彈性模量增大而增大的，因此選擇隨泊松比增大導(dǎo)波相速度變化率數(shù)值異號(hào)的點(diǎn)來反求彈性模量，會(huì)使得算法更加容易收斂。

基于上述分析，本實(shí)施例的方法，在上述步驟得到的第一實(shí)測(cè)頻散曲線的基礎(chǔ)上，根據(jù)第一理論頻散曲線得出第一導(dǎo)波相速度變化率曲線和第二導(dǎo)波相速度變化率曲線，第一導(dǎo)波相速度變化率曲線記錄有第一理論頻散曲線上每個(gè)點(diǎn)的第一相速度變化率、頻厚積及模態(tài)，每個(gè)點(diǎn)的第一相速度變化率為當(dāng)彈性模量增大預(yù)設(shè)的第一百分比幅值后導(dǎo)波相速度的理論變化量，第二導(dǎo)波相速度變化率曲線記錄有第一理論頻散曲線上每個(gè)點(diǎn)的第二相速度變化率、頻厚積及模態(tài)，每個(gè)點(diǎn)的第二相速度變化率為當(dāng)泊松比增大預(yù)設(shè)的第二百分比幅值后導(dǎo)波相速度的理論變化量，理論變化量均根據(jù)第一理論頻散曲線所對(duì)應(yīng)的導(dǎo)波頻散關(guān)系式計(jì)算得出。

然后，根據(jù)第一導(dǎo)波相速度變化率曲線、第二導(dǎo)波相速度變化率曲線，找出多對(duì)計(jì)算點(diǎn)對(duì)，每一對(duì)計(jì)算點(diǎn)對(duì)由第一相速度變化率大于預(yù)設(shè)的第一閾值、且第二相速度變化率異號(hào)的兩個(gè)點(diǎn)組成，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)參與最終反求彈性模量的數(shù)值點(diǎn)的篩選。

接下來，針對(duì)篩選得到的計(jì)算點(diǎn)對(duì)中的每一點(diǎn)，以其對(duì)應(yīng)的彈性模量和泊松比替代在上述第一理論頻散曲線的計(jì)算過程中采用的彈性模量和泊松比的估計(jì)值，并重復(fù)第一理論頻散曲線的計(jì)算過程得到待測(cè)材料中導(dǎo)波的第二理論頻散曲線，然后重復(fù)上述第一實(shí)測(cè)頻散曲線的計(jì)算過程以基于第二理論頻散曲線測(cè)得第二實(shí)測(cè)頻散曲線。

最后，進(jìn)行彈性模量的求解。根據(jù)多對(duì)計(jì)算點(diǎn)對(duì)中各個(gè)點(diǎn)的模態(tài)和頻厚積從第二實(shí)測(cè)頻散曲線中查出各個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第二實(shí)測(cè)導(dǎo)波相速度，以第二實(shí)測(cè)導(dǎo)波相速度c_i為初始解，由對(duì)稱模式和反對(duì)稱模式的導(dǎo)波頻散關(guān)系式(1)或(2)求出第二理論導(dǎo)波相速度c(f_i，c_i，ρ，E⁰，v⁰)，然后根據(jù)相速度偏差的最小平方和優(yōu)化算法，根據(jù)以下公式(3)，

求出待測(cè)材料的彈性模量，其中，E⁰、v⁰分別為待測(cè)材料的彈性模量和泊松比，n為多對(duì)計(jì)算點(diǎn)對(duì)中點(diǎn)的總數(shù)量，點(diǎn)的序號(hào)i遍歷1至n，f_i是序號(hào)為i的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的導(dǎo)波頻率。

當(dāng)根據(jù)一對(duì)計(jì)算點(diǎn)對(duì)確定一組彈性模量E和泊松比v時(shí)，可以由此得出比較貼近實(shí)際的頻散曲線(包含多個(gè)模態(tài))，從而可以得到一組不同模態(tài)的導(dǎo)波理論相速度，并基于導(dǎo)波理論相速度測(cè)出相應(yīng)的導(dǎo)波實(shí)際相速度，進(jìn)而就能根據(jù)公式(3)中的括號(hào)中的部分計(jì)算得到相速度偏差的平方和。而如前，篩選得到的多對(duì)計(jì)算點(diǎn)對(duì)，因而可相應(yīng)地計(jì)算得到多個(gè)相速度偏差的平方和。在這些相速度偏差的平方和中，取其中的最小的相速度偏差的平方和所對(duì)應(yīng)的一組彈性模量和泊松比作為最終結(jié)果。

經(jīng)測(cè)試，采用本發(fā)明的空氣耦合超聲檢測(cè)方法，通過篩選相速度變化率絕對(duì)值大的點(diǎn)用于反求彈性參數(shù)，解決了由于部分點(diǎn)相速度對(duì)彈性模量和泊松比的變化不靈敏導(dǎo)致求解結(jié)果不準(zhǔn)確的問題，同時(shí)通過運(yùn)用相速度偏差最小平方和的優(yōu)化方法，解決了由于頻散曲線關(guān)于材料彈性參數(shù)的非線性特征導(dǎo)致求解算法不收斂的問題，能夠通過空氣耦合超聲檢測(cè)方法準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對(duì)于材料的彈性模量的無損測(cè)量。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。