一种应用于多层变厚度结构的声速校准方法

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1.一种应用于多层变厚度结构的声速校准方法，其特征在于，包括以下校准步骤：S1、构建平面多层介质叠层结构，并求解平面多层介质叠层结构中各层的声速；S2、建立曲面多层介质叠层结构，并在曲面多层介质叠层结构中设置多个离散单元；同时建立用于计算曲面多层介质叠层结构中各个离散单元声压值的波动方程；S3、建立波动方程计算出的各个离散单元的声压值与各个离散单元实测声压值之间的损失函数；S4、通过损失函数对各个离散单元声压值进行梯度下降计算，以迭代更新得到在损失函数取最小值时，各个离散单元中作为权重参数的声速值的具体大小，该声速值即为最优速度值；步骤S1的具体步骤如下：S11、构建平面多层介质叠层结构，选择n种介质材料，各种介质材料沿竖直方向由上而下依次叠层布置，且相邻两层介质材料之间的接触面构成水平的反射平面；S12、使用各个阵元沿直线依次等距排列的超声发射器对平面多层介质叠层结构进行照射，具体照射过程如下：S121、选择长方体状的平面多层介质叠层结构，并以平面多层介质叠层结构的厚度方向，即各种介质材料沿竖直方向由上而下依次叠层布置的方向为Z轴正方向，以平面多层介质叠层结构的宽度方向为Y轴正方向，以平面多层介质叠层结构的长度方向为X轴正方向，建立空间直角坐标系O-XYZ；平面多层介质叠层结构的顶面与XY面重合，且该顶面的一角与坐标原点O重合；S122、超声发射器上的各个阵元沿直线依次等距排列；沿着Y轴正方向移动超声发射器以对反射平面进行垂直照射，并形成一道移动轨迹，且在超声发射器移动的过程中各个阵元的排列方向与X轴正方向彼此平行；S123、沿着Y轴正方向多次反复移动超声发射器以形成对应道数的移动轨迹，各道移动轨迹沿Y轴方向彼此平行，且相邻移动轨迹之间的距离与相邻阵元之间的距离相等；超声发射器发出的超声波在第k层介质材料中传播的声速为c，第k层介质材料的厚度为d，通过超声波的声速和介质材料的厚度，利用时间计算公式计算得到对应的时间，时间计算公式如下：kk
；其中，t表示第i阵元发射的超声波传播到第k层介质材料，并在第k层介质材料的反射平面反射后由第j阵元接收所用的时间；t表示第i阵元发射的超声波传播到第k层介质材料，并在第k层介质材料的反射平面反射后由第i阵元接收所用的时间；表示从第一层介质材料到第k层介质材料的声速的均方根；x表示第i阵元在第r道移动轨迹中位于X轴上的位置坐标；x表示第j阵元在第r道移动轨迹中位于X轴上的位置坐标；i, j, ki, i, ki, rj, rS13、由可计算得到/>，计算公式如下：
；
；
；其中，t表示超声波在第k层介质材料中垂直传播的单程时间；表示从第一层介质材料到第n层介质材料的声速的均方根；t表示第i阵元发射的超声波传播到第k-1层介质材料，并在第k层介质材料的反射平面反射后由第i阵元接收所用的时间；ki, i, k-1S14、对于n-1层介质材料，有如下等式：
；其中，表示从第一层介质材料到第n-1层介质材料的声速的均方根；S15、通过步骤S13中的等式和步骤S14中的等式即可求得c的具体表达公式，具体表达公式如下：n
；其中，t表示第i阵元发射的超声波传播到第n-1层介质材料，并在第n-1层介质材料的反射平面反射后由第i阵元接收所用的时间；t表示第i阵元发射的超声波传播到第n层介质材料，并在第n层介质材料的反射平面反射后由第i阵元接收所用的时间；i, i, n-1i, i, n通过对应的测量仪即可测得、t、/>、t、t和t的数值，将数值代入c的具体表达公式中，即可求得超声波在各层介质材料中传播的声速。i, i, ni, i, n-1i, i, ki, i, k-1n