一种利用有限大薄板获取流固界面波的方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开了一种获取流-固界面波的方法，属于超声检测范围，具体涉及的是一 种在利用流-固界面波反演介质属性时对无限大固体的模拟方法。
【背景技术】
[0002] 20实际30-40年代，Cagniard和Scholte首先研究了沿流-固界面传播的波，随 后流-固界面波得到了国内外学者的广泛关注和研究，并被应用于地球物理学、微电子学、 工程和无损探测等众多领域。例如在海洋物理学中利用沿海底表面传播的流-固界面波来 检测海底的特征；利用流-固界面波对材料表面缺陷和材料特征进行检测等。
[0003] 对于流-固界面波的激发，目前常用的方法包括：直接在流-固界面激发界面波或 者利用表面波进行转化。但由于流-固界面波是在相对于波长为两半无限空间的流-固界 面上激发而产生的沿流-固接触界面传播的弹性声波，在实际应用中，无限大固体的要求 难以实现，于是在一定程度上限制了流-固界面波的获取。
【发明内容】
[0004] 为克服现有技术上的不足，本发明目的是在于提供一种利用有限大薄板获取流-固界面波的方法，现了有限大薄板对半无限大固体空间的模拟，可通过在流-固界面激发、 接收界面波实现对介质属性的反演。
[0005] 为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
[0006] -种利用有限大薄板获取流固界面波的方法，通过利用有限大薄板模拟无限大固 体的方法实现流-固界面波的获取，其特征在于，其包括以下几个步骤：
[0007] (1)利用有限大的薄板模拟无限大固体，通过在薄板的两侧增加吸收匹配层，以获 取半无限空间介质所产生的流-固界面波；
[0008] (2)根据有限大薄板的参数确定其纵波声阻抗率Zsp和横波声阻抗率Z ss;根据流 体的相关参数确定流体的声阻抗率Zp
[0009] (3)根据板中纵波声阻抗率Zsp和流体声阻抗率Z ^角定用于吸收纵波的匹配层的 声阻抗率Zp，同时根据板中纵波的波长λ sp确定其匹配层厚度d p。
[0010] (4)根据板中横波声阻抗率Zss和流体声阻抗率Z ^角定用于吸收横波的匹配层的 声阻抗率Zs，同时根据板中横波的波长λ ss确定匹配层厚度d s。
[0011] (5)通过匹配层声阻抗率确定其材质，并根据其厚度，将确定好的匹配层覆盖于薄 板两表面，通过在板的侧表面激发、接收超声波便可实现流-固界面波的获取。
[0012] 本发明通过利用薄板来模拟实现无限大固体，为满足界面波产生的条件，即界面 两侧介质为半无限空间，于是将薄板立起来，原理的宽度变为厚度，远远大于了波长，满足 界面波的条件。并在薄板两表面加上吸收层尽量将反射于两表面间的波吸收，实现了有限 大薄板对半无限大固体空间的模拟，可通过在流-固界面激发、接收界面波实现对介质属 性的反演。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明运用的具体一实施例；
[0014] 图2是采用本方法实现无限大固体的模拟图例；
[0015] 图3是为图2俯视图，面s21上界面波传播情况。
【具体实施方式】
[0016] 为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施案例并结合附图， 对本发明作进一步详细的说明。
[0017] 参见图1-图3,本实施例选取有限大钢薄板，流体介质选用水，如图1所示。在图 1中，与sll面、s21面、s31面相对的分别是sl2面、s22面、s32面。
[0018] 对匹配层的参数进行计算：
[0019] 1、计算钢板中纵波声阻抗率薄板中纵波声阻抗率Zsp、横波声阻抗率Zss及水中纵 波声阻抗率Z 1:
[0020] Zsp= P scsp (1)
[0021] P s为有限大钢板密度，c sp为钢板中纵波传播速度
[0022] Zss= P scss (2)
[0023] P s为有限大钢板密度，c ss为钢板中横波传播速度。
[0024] Z1= P (3)
[0025] P i为水的密度，c :为水中纵波传播速度。
[0026] 2、计算用于吸收纵波的匹配层声阻抗率Zsp及其厚度dp:
[0027]
(4)
[0028] Zsp、Z1为式（1)、⑵计算所得
[0029] dp= λ sp/4 (5)
[0030] λ sp为钢板中传播的纵波的波长。
[0031] 3、计算用于吸收横波的匹配层的声阻抗率4及其厚度d s:
[0032]
(6)
[0033] Zss、Z1为式（1)、⑵计算所得
[0034] ds= λ ss/4 (7)
[0035] Ass为钢板中传播的横波的波长。
[0036] 4、通过上述结果确定匹配层材质，并选取计算所得厚度的匹配层覆盖于钢板的 S11、S 12面，如图2所示。
[0037] 5、在覆盖有匹配层的钢板侧面s21面激发表面波，其反射于sll和sl2面之间的 波均透过匹配层传播至水中，如图3所示，其中_代表纵波、代表横波、代表 由横波反射所产生的纵波、-?-代表由纵波反射所产生的很波。由此，便可在s21面上激 发界面波，通过对界面波的采集便可实现对介质属性的反演。
[0038] 本发明通过利用薄板来模拟实现无限大固体，为满足界面波产生的条件，即界面 两侧介质为半无限空间，于是将薄板立起来，原理的宽度变为厚度，远远大于了波长，满足 界面波的条件。但由于界面宽度不足，便会产生反射而影响界面波的产生，因此在薄板两表 面加上吸收层尽量将反射于两表面间的波吸收。这样便实现了有限大薄板对半无限大固体 空间的模拟，可通过在流-固界面激发、接收界面波实现对介质属性的反演。
[0039] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
【主权项】
1. 一种利用有限大薄板获取流固界面波的方法，通过利用有限大薄板模拟无限大固体 的方法实现流-固界面波的获取，其特征在于，其包括以下几个步骤： (1) 利用有限大的薄板模拟无限大固体，通过在薄板的两侧增加吸收匹配层，以获取半 无限空间介质所产生的流-固界面波； (2) 根据薄板的参数确定薄板纵波声阻抗率Zsp和横波声阻抗率Zss，根据流体的相关参 数确定流体的声阻抗率Zp (3) 根据薄板中纵波声阻抗率Zsp和流体声阻抗率Zi确定用于吸收纵波的匹配层的声 阻抗率Zp，同时根据板中纵波的波长Asp确定其匹配层厚度dp。 (4) 根据薄板中横波声阻抗率Zss和流体声阻抗率Zi确定用于吸收横波的匹配层的声 阻抗率Zs，同时根据薄板中横波的波长Ass确定匹配层厚度ds。 (5) 通过匹配层声阻抗率确定薄板材质，并根据薄板厚度，将确定好的匹配层覆盖于薄 板两表面，通过在薄板侧表面激发、接收超声波，便可获取流-固界面波。2. 根据权利要求1所述的一种利用有限大薄板获取流固界面波的方法，其特征在于， 所述步骤⑵中，纵波声阻抗率Zsp=Pscsp，其中Ps为有限大薄板密度，Csp为有限大薄板 中纵波传播速度；有限大薄板中横波声阻抗率Zss=Pscss，其中Css为有限大薄板中横波传 播速度。3. 根据权利要求1所述的一种利用有限大薄板获取流固界面波的方法，其特征在于， 所述步骤⑵中，流体的声阻抗率Z1=PlCl，其中P1为流体密度，C1为流体中纵波传播的 速度。4. 根据权利要求1所述的一种利用有限大薄板获取流固界面波的方法，其特征在于，所述步骤（3)中，用于吸收纵波的匹配层的声阻抗率 其厚度dp=Asp/4,其中 入sp为固体板中传播的纵波的波长。5. 根据权利要求1所述的一种利用有限大薄板获取流固界面波的方法，其特征在于， 所述步骤（4)中，用于吸收横波的匹配层的声阻抗率：，其厚度ds=Ass/4,其中 入ss为固体板中传播的横波的波长。
【专利摘要】本发明公开了一种利用有限大薄板获取流-固界面波的方法，方法为：（1）根据有限大薄板的参数确定其纵波声阻抗率和横波声阻抗率，根据流体的相关参数确定流体的声阻抗率。（2）根据板中纵波声阻抗率和流体声阻抗率确定用于吸收纵波的匹配层的声阻抗率，根据板中纵波的波长确定其匹配层厚度。（3）根据板中横波声阻抗率和流体声阻抗率确定用于吸收横波的匹配层的声阻抗率，根据板中横波的波长确定匹配层厚度。（4）通过匹配层声阻抗率确定其材质，并根据其厚度，将确定好的匹配层覆盖于薄板两表面。本发明通过在薄板侧面实现超声波的激发及接收，由薄板对无限大固体的模拟，覆盖于薄板表面的匹配层可将反射于板面间的波全部吸收，从而可获得流-固界面波。
【IPC分类】G01N29/00
【公开号】CN105136900
【申请号】CN201510452645
【发明人】韩庆邦, 齐立华, 殷澄, 李建, 朱昌平
【申请人】河海大学常州校区
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年7月28日