线聚焦无镜头式聚偏氟乙烯超声探头的研制及V(f,z)分析法在表面波波速测量中的应用

线聚焦式超声材料性质表征系统可以对水浸试样漏表面波或类漏表面波的相速度进行精确的测量,但鉴于传统超声显微镜镜头的材料昂贵且制作困难,采用厚度为40?m的聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)压电薄膜作为激励/接收元件,设计、制作两个应用于声学显微系统的线聚焦无镜头式PVDF超声换能器,其中心频率分别为5 MHz和11 MHz。区别于传统超声显微镜高昂的设备费用与利用单频V(z)曲线测量空间振荡周期?z的方法,基于二维傅里叶变换开发出一种改进的适用于宽频的V(f,z)分析法,并发展建立一套成本较低的用于测量材料漏表面波波速的散焦试验系统。为测试换能器、算法和整体系统的性能,对抛光熔融石英进行非接触式水浸超声试验,利用V(f,z)分析法提取出表面波波速,并将试验结果与理论值进行对比,两者吻合较好。

V(f,z)分析方法在小尺寸材料弹性常数测量中的应用

针对小尺寸材料弹性常数的测量,提出了一种频域处理方法——V(f,z)分析方法.V(f,z)分析方法基于声学显微镜技术,使用线聚焦聚偏二氟乙烯(PVDF)探头,测定材料的表面波波速,计算材料的弹性常数.采用该分析方法对块体不锈钢试件的弹性常数进行了测量,测量结果与理论值相吻合.误差分析结果表明,V(f,z)分析方法具有较高的测量精度,泊松比和杨氏模量的测量误差均小于5%,能满足工程和科学研究的要求.此外,V(f,z)分析方法可测得不同频率的频散曲线,不仅适用于块体材料,而且适用于薄板、涂层等具有频散特性的材料,这为进一步测量薄板材料和涂层材料的弹性常数奠定了分析基础.

薄板涂层结构镍镀层声学特性检测与弹性常数反演表征方法研究

针对表面涂层技术应用中薄板涂层结构材料弹性常数声学表征无损检测方法开展理论和试验研究。基于声学显微镜技术,利用自主研制的宽频线聚焦探头和非常规小尺寸材料超声无损检测系统,进行小步距(20μm)精确散焦测量和大数据量回波信号(601组)数据采集;采用V(f,z)分析方法获取薄板涂层结构材料的试验频散曲线;结合涂层结构材料声波传播特性分析及理论建模结果,改变纵波波速和横波波速获得不同的理论频散曲线,通过理论频散曲线与试验测量结果的曲线拟合,获取涂层材料声波波速,进而反演材料的弹性常数(如泊松比和弹性模量)。多厚度镍镀层试验测量结果与理论值相吻合,表明测量分析方法可行、结果可靠。该研究成果为涂层材料力学性能无损检测和质量评价奠定了基础。