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张小明 2026/1/9 13:25:11
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先掏出看家本领建个模。在材料库里拽出铝板参数时#xff0c;手一抖把杨氏模量多输了两位…comsol超声测厚7 利用5MHz的压电片对20mm厚度的铝板进行测厚接收了3次底波如图2选前两个底波通过时差和声速计算测得板厚为20.469mm误差还可以。先掏出看家本领建个模。在材料库里拽出铝板参数时手一抖把杨氏模量多输了两位小数突然意识到这强迫症得治——声速计算器里啪啪敲入v√(E/(ρ(1-ν²)))金属参数对声速的影响曲线在眼前自动展开。其实直接填个已知的铝材声速6300m/s更省事但谁让咱们是仿真狂人呢。!超声测厚示意图此处应有一张COMSOL模型截图展示压电片与铝板的相对位置信号处理才是重头戏。从COMSOL导出电压数据后用Python写了个暴力峰值检测peaks, _ find_peaks(raw_signal, height0.5*max_signal, distance100) t1 time_array[peaks[0]] # 第一个底波到达时间 t2 time_array[peaks[1]] # 第二个底波 thickness (t2 - t1) * velocity / 2这算法简单到像小学生作业但实测效果意外地稳。不过注意那个distance参数——它决定了两个波峰之间的最小间隔点数设置不当会把噪声当信号。有次我把这个值设成50结果程序愣是数出七个假回波算出来的板厚比纸还薄。时差法测厚有个隐藏福利自动抵消系统延时。就像用两个闹钟时差算路程管它什么时候开始计时。但实际跑数据时发现当采样率低于100MSa/s时时间戳的量化误差能带来0.3mm的跳动。这时候得祭出三次样条插值大法把波形局部放大后亚像素级定位峰值。铝板厚度在20mm晃悠时5MHz探头其实处在尴尬期——波长1.26mm刚好让近场区长度N≈D²/(4λ)16mm假设晶片直径8mm测量点恰好处在近场边缘。这时候声束还没完全聚拢回波振幅跟过山车似的所以得在模型里打开全弹性波方程不能偷懒用射线声学近似。最后那个20.469mm的结果误差主要来自两个邪门因素一是铝板温度每升高1℃声速降0.03%二是压电片背面的环氧树脂耦合层厚度变化0.1mm能让走时差产生等效2mm的测厚误差。下次准备在模型里加个热膨胀模块顺便把耦合剂做成粘弹性材料——虽然COMSOL可能会因此多算半小时但谁让咱们是细节控呢