CN103616439A - 使用超声波平探头同时测量线粘弹性薄层材料多参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用超声波平探头同时测量线粘弹性薄层材料多参数的方法。其步骤为：1）将参考基体材料和线粘弹性薄层材料浸入水中，用超声波平探头位于其正上方并分别测得其反射回波s ₀(t)、s ₁(t)；2）对s ₀(t)、s ₁(t)进行低通滤波；3）对s ₁(t)中来自线粘弹性薄层材料上表面的回波s ₁₁(t)进行最佳估计以得到声阻抗的最优测量值Z_m2，并将声阻抗等于Z_m2时对应的s ₁₁(t)从s ₁(t)中减去；4）对s ₁(t)中来自线粘弹性薄层材料下表面的回波s ₁₂(t)进行最佳估计以得到渡越时间和衰减系数的最优测量值Δt_m2和α_m2。本发明避免了基于反射系数谱拟合的传统测量方法中经常出现的拟合收敛域问题，适合测量薄层材料的声学特性。

Description

使用超声波平探头同时测量线粘弹性薄层材料多参数的方法

技术领域

本发明涉及薄层材料特性的超声波无损检测，尤其涉及一种使用超声波平探头同时测量线粘弹性薄层材料多参数的方法。 

背景技术

如今超声波对薄层（包括薄膜和涂层）的无破坏性测量吸引了越来越多的关注。它在现代制造业、土木工程、食品和生物工程领域有着广泛的应用。由于利用超声手段能够同时连续测量薄层敏感地带的多种特性，对于薄层的声学和几何特性的定量测量具有非常显著的实用价值。 

传统的超声波测量方法根据对三个未知属性的初步估计，使用曲线拟合技术最小化实验数据和理论值间的差值，进而实现薄线性粘弹性层的三个声学特性参数的测量。通过这种方式，Graciet和Hosten实现了对厚度、声速、衰减和密度的同时测量，但是此种方法不适用于基地材料和薄层上表面反射回波是互相重叠的薄层材料。Lavrentyev和Rokhlin曾提出过一个两步骤的反演技术来确定材料内部薄层的全套声学和几何特性参数，并采用这种方法去测定了刚性板的涂层特征。陈剑和居冰峰等人利用点聚焦换能器简化了测量仪器，并取得了薄层本身的声学和几何特性参数。为了得到薄层的声学特性参数，所有使用的方法都采用了曲线拟合技术。这类方法实际应用的最大缺陷在于：它要求测量者对处于收敛区域的三个未知参数进行比较准确的初始估计，如果初始估计值偏离参数的真实值较大时，即初始值不在拟合的收敛域范围之内时，就会导致错误的拟合结果。；另一个问题在于，当实验采用的反射系数谱频率段不存在局部极小值时，难以得到很好的拟合结果。G.J.Yao导出了薄层的声阻抗、渡越时间、衰减系数的解析表达式，从这些表达式中，三个未知量可以被直接计算出，对于不同频率宽带（处于-3dB或-6dB内）的超声波回声的平均值计算都取得了合理的结果。然而，这种方法需在计算中设立多个频率间隔，以实现较小的相对误差，但是如果所发射的超声波脉冲不具有足够的频率宽度，测量结果将会受到严重影响。 

在本文中，一项基于对时域超声波回波信号处理的新技术将被提及。它实现了同时对薄线性粘弹性层的声阻抗、渡越时间、衰减系数的测量，并且不需要很准确的初始值，克服了现有技术所存在的不足。 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种使用超声波平探头同时测量线粘弹性薄层材料多参数的方法。 

使用超声波平探头同时测量线粘弹性薄层材料多参数的方法的步骤如下： 

1）将薄层材料放置于参考基体材料表面，并置于盛有水的水槽中，开启与超声波平探头及计算机相连的超声波发射接收器； 

2）控制直线电机运动，使超声波平探头位于参考基体材料正上方，测量参考基体材料表面的超声波回波信号s₀(t)； 

3）控制直线电机运动，使超声波平探头位于薄层材料伸出参考基体材料表面部分的正上方，即薄层材料上下表面完全浸在水中的部分，测量薄层材料的超声波回波信号s₁(t)； 

4）分别对参考基体材料表面的超声波回波信号s₀(t)、薄层材料的超声波回波信号s₁(t)进行低通滤波； 

5）建立薄层材料的超声波回波模型： 

$\left\{\begin{array}{c}{S}_{11}\left(\mathrm{\ω}\right)=S_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\ω}\right)\·R_{12}\\ S_{12}\left(\mathrm{\ω}\right)=S_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\ω}\right)\·(1-R_{12}^2)\·R_{21}\·\exp (j2\mathrm{\ω\Δ}{t}_2-2{\mathrm{\α}}_2\mathrm{\ω\Δ}{t}_2)\\ S_{13}\left(\mathrm{\ω}\right)=S_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\ω}\right)\·(1-R_{12}^2)\·R_{21}^3\·\exp (j4\mathrm{\ω\Δ}{t}_2-4{\mathrm{\α}}_2\mathrm{\ω\Δ}{t}_2)\\ ........\end{array}\right.$

式中ω为角频率，S_in(ω)为超声入射波的频域表示，S₁₁(ω)为接收到的第一个超声波回波即来自薄层材料上表面回波的频域表示，S₁₂(ω)为接收到的第二个超声波回波即来自薄层材料下表面回波的频域表示，S₁₃(ω)为接收到的第三个超声波回波即经薄层材料下表面二次反射的回波的频域表示，R₂₁=-R₁₂=(Z₁-Z₂)/(Z₂+Z₁)为水与薄层材料分界面上的反射系数，Z₁为水的声阻抗，Z₂为薄层材料的声阻抗，Δt₂为超声波自薄层材料上表面传播到薄层材料下表面所需的时间即渡越时间，α₂为薄层材料中超声信号衰减系数，j为虚数单位，exp()为以自然对数e为底的指数函数； 

6）根据步骤5)中描述的薄层材料超声波回波模型，对薄层材料的超声波回波信号s₁(t)中来自薄层材料上表面的回波s₁₁(t)进行最佳估计以得到声阻抗的最优测量值Z_m2，并将声阻抗等于Z_m2时对应的来自薄层材料上表面的回波s₁₁(t)从薄层材料的超声波回波信号s₁(t)中减去； 

7）根据步骤5)中描述的薄层材料超声波回波模型以及步骤6)中测得的声阻抗的最优测量值Z_m2，对薄层材料的超声波回波信号s₁(t)中来自线粘弹性薄层材料下表面的回波s₁₂(t)进行最佳估计以得到渡越时间的最优测量值Δt_m2和 衰减系数的最优测量值α_m2。 

所述的步骤6）为： 

2.1）为薄层材料声阻抗Z₂选取估计值Z_e2，开始时选取该估计值的初始值为0，按下式计算来自薄层材料上表面的回波s₁₁(t)的估计值s_e11(t)： 

s_e11(t)＝F^-1[R_e12·S₁₁(ω)],R_e12＝(Z_e2-Z₁)/(Z_e2+Z₁),S₁₁(ω)＝F[s₁(t)] 

式中F[]为傅里叶变换，F^-1[]为傅里叶逆变换。 

2.2）从薄层材料的超声波回波信号s₁(t)中减去s_e11(t)，得到去除s_e11(t)后的剩余波形估计值s_eleft1(t)： 

s_eleft1(t)＝s₁(t)-s_e11(t) 

2.3）记s₁(t)中来自薄层材料上表面的回波s₁₁(t)、来自薄层材料下表面的回波s₁₂(t)开始的时间分别为t₁、t₂，当s_eleft1(t)中时间区间[t₁t₂]内波形完全消失时，将对应的Z_e2作为薄层材料声阻抗的最优测量值Z_m2，并将对应的s_eleft1(t)记为去除s_e11(t)后的剩余波形s_left1(t)；当不满足区间[t₁t₂]内波形完全消失的条件时，改变Z_e2取值，重复步骤2.1)-步骤2.3)，直至得到Z_m2和s_left1(t)。 

所述的步骤7）为： 

3.1）为渡越时间Δt₂选取估计值Δt_e2，为薄层材料中超声信号衰减系数α₂选取估计值α_e2，开始时选取这两个估计值的初始值为0，按下式计算来自薄层材料下表面的回波s₁₂(t)的估计值s_e12(t)： 

$s_{e12}\left(t\right)=F^{-1}[(1-R_{m12}^2)\·R_{m21}\·\exp (j2\mathrm{\ω\Δ}{t}_{e2}-2{\mathrm{\α}}_{e2}\mathrm{\ω\Δ}{t}_{e2})\·S_{11}\left(\mathrm{\ω}\right)=F[s_1\left(t\right)]$

式中R_m12＝-R_m12＝(Z_m2-Z₁)/(Z_m2+Z₁)为根据薄层材料声阻抗测量值Z_m2计算得到的水与薄层材料分界面上的反射系数测量值。 

3.2）从去除s_e11(t)后的剩余波形s_left1(t)中减去s_e12(t)，得到去除s_e11(t)及s_e12(t)后的剩余波形估计值s_eleft2(t)： 

s_eleft2(t)＝s_left1(t)-s_e12(t) 

3.3）记薄层材料的超声波回波信号s₁(t)中经薄层材料下表面二次反射的回波s₁₃(t)开始的时间为t₃，当s_eleft2(t)中对应时间区间[t₂t₃]内波形完全消失时，将对应的Δt_e2作为渡越时间最优测量值Δt_m2，将对应的α_e2作为薄层材料中超声信号衰减系数最优测量值α_m2；当不满足区间[t₂t₃]内波形完全消失的条件时，改变Δt_e2、α_e2取值，重复步骤3.1)～步骤3.3)，直至得到Δt_m2、α_m2。 

本发明相比现有技术具有的有益效果“ 

1）本发明提出的方法能够实现线粘弹性薄层材料声阻抗、渡越时间、超 声衰减系数的同时测量，解决了薄层材料信号混叠的问题； 

2）本发明提出的方法在时域中对信号进行直接处理，避免了传统的参数拟合法的初始猜想选择难题，且对测量系统的响应带宽没有特别的要求。 

附图说明

图1(a)是用扫描超声波显微镜测量基体回波信号示意图； 

图1(b)是用扫描超声波显微镜测量浸没在水中的样品回波信号示意图； 

图中，超声波平探头1、直线电机2、导轨3、参考基体材料4、薄层材料5、水槽6、电机控制器7、超声波发射接收器8、计算机9。 

图2是薄层材料超声反射示意图，图中t为时间，s₁₁(t)、s₁₂(t)、s₁₃(t)…s_1n(t)分别为接收到的第1个、第2个、第3个…第n个超声反射回波； 

图3(a)是经低通滤波后不锈钢基体材料的超声波回波时域信号s₀(t)； 

图3(b)是经低通滤波后薄层铝板的超声波回波时域信号s₁(t)。 

具体实施方式

使用超声波平探头同时测量线粘弹性薄层材料多参数的方法的步骤如下： 

1）将薄层材料5放置于参考基体材料4表面，并置于盛有水的水槽6中，开启与超声波平探头1及计算机9相连的超声波发射接收器8； 

2）控制直线电机2运动，使超声波平探头1位于参考基体材料4正上方，测量参考基体材料4表面的超声波回波信号s₀(t)； 

3）控制直线电机2运动，使超声波平探头1位于薄层材料5伸出参考基体材料4表面部分的正上方，即薄层材料5上下表面完全浸在水中的部分，测量薄层材料5的超声波回波信号s₁(t)； 

4）分别对参考基体材料4表面的超声波回波信号s₀(t)、薄层材料5的超声波回波信号s₁(t)进行低通滤波； 

5）建立薄层材料的超声波回波模型（参见图2）： 

$\left\{\begin{array}{c}{S}_{11}\left(\mathrm{\ω}\right)=S_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\ω}\right)\·R_{12}\\ S_{12}\left(\mathrm{\ω}\right)=S_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\ω}\right)\·(1-R_{12}^2)\·R_{21}\·\exp (j2\mathrm{\ω\Δ}{t}_2-2{\mathrm{\α}}_2\mathrm{\ω\Δ}{t}_2)\\ S_{13}\left(\mathrm{\ω}\right)=S_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\ω}\right)\·(1-R_{12}^2)\·R_{21}^3\·\exp (j4\mathrm{\ω\Δ}{t}_2-4{\mathrm{\α}}_2\mathrm{\ω\Δ}{t}_2)\\ ........\end{array}\right.$

式中ω为角频率，S_in(ω)为超声入射波的频域表示，S₁₁(ω)为接收到的第一个超声波回波即来自薄层材料上表面回波的频域表示，S₁₂(ω)为接收到的第二个超声波回波即来自薄层材料下表面回波的频域表示，S₁₃(ω)为接收到的第三个超 声波回波即经薄层材料下表面二次反射的回波的频域表示，R₂₁=-R₁₂=(Z₁-Z₂)/(Z₂+Z₁)为水与薄层材料分界面上的反射系数，Z₁为水的声阻抗，Z₂为薄层材料的声阻抗，Δt₂为超声波自薄层材料上表面传播到薄层材料下表面所需的时间即渡越时间，α₂为薄层材料中超声信号衰减系数，j为虚数单位，exp()为以自然对数e为底的指数函数； 

6）根据步骤5)中描述的薄层材料超声波回波模型，对薄层材料5的超声波回波信号s₁(t)中来自薄层材料上表面的回波s₁₁(t)进行最佳估计以得到声阻抗的最优测量值Z_m2，并将声阻抗等于Z_m2时对应的来自薄层材料上表面的回波s₁₁(t)从薄层材料5的超声波回波信号s₁(t)中减去； 

7）根据步骤5)中描述的薄层材料超声波回波模型以及步骤6)中测得的声阻抗的最优测量值Z_m2，对薄层材料5的超声波回波信号s₁(t)中来自线粘弹性薄层材料下表面的回波s₁₂(t)进行最佳估计以得到渡越时间的最优测量值Δt_m2和衰减系数的最优测量值α_m2。 

所述的步骤6）为： 

2.1）为薄层材料声阻抗Z₂选取估计值Z_e2，开始时选取该估计值的初始值为0，按下式计算来自薄层材料上表面的回波s₁₁(t)的估计值s_e11(t)： 

s_e11(t)＝F^-1[R_e12·S₁₁(ω)],R_e12＝(Z_e2-Z₁)/(Z_e2+Z₁),S₁₁(ω)＝F[s₁(t)] 

式中F[]为傅里叶变换，F^-1[]为傅里叶逆变换。 

2.2）从薄层材料5的超声波回波信号s₁(t)中减去s_e11(t)，得到去除s_e11(t)后的剩余波形估计值s_eleft1(t)： 

s_eleft1(t)＝s₁(t)-s_e11(t) 

2.3）记s₁(t)中来自薄层材料上表面的回波s₁₁(t)、来自薄层材料下表面的回波s₁₂(t)开始的时间分别为t₁、t₂，当s_eleft1(t)中时间区间[t₁t₂]内波形完全消失时，将对应的Z_e2作为薄层材料声阻抗的最优测量值Z_m2，并将对应的s_eleft1(t)记为去除s_e11(t)后的剩余波形s_left1(t)；当不满足区间[t₁t₂]内波形完全消失的条件时，改变Z_e2取值，重复步骤2.1)-步骤2.3)，直至得到Z_m2和s_left1(t)。 

所述的步骤7）为： 

3.1）为渡越时间Δt₂选取估计值Δt_e2，为薄层材料中超声信号衰减系数α₂选取估计值α_e2，开始时选取这两个估计值的初始值为0，按下式计算来自薄层材料下表面的回波s₁₂(t)的估计值s_e12(t)： 

$s_{e12}\left(t\right)=F^{-1}[(1-R_{m12}^2)\·R_{m21}\·\exp (j2\mathrm{\ω\Δ}{t}_{e2}-2{\mathrm{\α}}_{e2}\mathrm{\ω\Δ}{t}_{e2})\·S_{11}\left(\mathrm{\ω}\right)],S_{11}\left(\mathrm{\ω}\right)=F\left[s_1\left(t\right)\right]$

式中R_m12＝-R_m12＝(Z_m2-Z₁)/(Z_m2+Z₁)为根据薄层材料声阻抗测量值Z_m2计算得到的水与薄层材料分界面上的反射系数测量值。 

3.2）从去除s_e11(t)后的剩余波形s_left1(t)中减去s_e12(t)，得到去除s_e11(t)及s_e12(t)后的剩余波形估计值s_eleft2(t)： 

s_eleft2(t)＝s_left1(t)-s_e12(t) 

3.3）记薄层材料5的超声波回波信号s₁(t)中经薄层材料下表面二次反射的回波s₁₃(t)开始的时间为t₃，当s_eleft2(t)中对应时间区间[t₂t₃]内波形完全消失时，将对应的Δt_e2作为渡越时间最优测量值Δt_m2，将对应的α_e2作为薄层材料中超声信号衰减系数最优测量值α_m2；当不满足区间[t₂t₃]内波形完全消失的条件时，改变Δt_e2、α_e2取值，重复步骤3.1)～步骤3.3)，直至得到Δt_m2、α_m2。 

实施例 

1）将一块铝板选作被测薄层材料，其参考厚度D₀＝500.1μm。将其放置于不锈钢基体材料的表面，并置于盛有水的水槽6中，如图1(a)或(b)所示的结构放置样品，然后开启超声波发射接收器8； 

2）调节直线电机2的位置使超声波平探头1位于参考基体材料4正上方，测量参考基体材料4表面的超声波回波信号s₀(t)； 

3）寻找到薄层材料5伸出参考基体材料4表面的部分，即薄层材料5上下表面完全浸在水中的部分，并控制直线电机2运动，使超声波平探头1位于薄层材料5伸出参考基体材料4表面的部分的正上方，测量薄层材料5的超声波回波信号s₁(t)； 

4）分别对超声波回波信号s₀(t)、s₁(t)进行低通滤波； 

5）为Z₂选取估计值Z_e2，按下式计算s₁₁(t)的估计值s_e11(t)： 

s_e11(t)＝F^-1[R_e12·F[s₁(t)]],R_e12＝(Z_e2-Z₁)/(Z_e2+Z₁) 

6）从超声回波信号s₁(t)中减去s_e11(t)，得到s_eleft1(t)： 

s_eleft1(t)＝s₁(t)-s_e11(t) 

7）设置噪声影响误差允许范围[-a a]，记s₁(t)中信号波形s₁₁(t)、s₁₂(t)开始的时间分别为t₁、t₂（t₁可取信号波形s₁(t)中波形起始时间，t₂取估计值），为s_eleft1(t)中时间区间[t₁t₂]内所有波形数据点里Y轴值超出[-a a]的数据点计数，并记为N; 

8)改变Z_e2、t₂取值（一般可从零值递增至某一选定值），重复步骤5）～步骤7），记录各次取值对应的N值，绘制三维数据图像，选取稳定的局部极值点， 并将对应的Z_e2作为最优测量值Z_m2，将对应的s_eleft1(t)记为s_left1(t)。 

9）为Δt₂、α₂选取估计值Δt_e2、α_e2，按下式计算s₁₂(t)的估计值s_e12(t)： 

$s_{e12}\left(t\right)=F^{-1}[(1-R_{m12}^2)\·R_{m21}\·\exp (j2\mathrm{\ω\Δ}{t}_{e2}-2{\mathrm{\α}}_{e2}\mathrm{\ω\Δ}{t}_{e2})\·F[s_1\left(t\right)\left]\right]$

R_m12＝-R_m12＝(Z_m2-Z₁)/(Z_m2+Z₁) 

10）从s_left1(t)中减去s_e11(t)，得到s_eleft2(t)： 

s_eleft2(t)＝s_left1(t)-s_e12(t) 

11）记s₁(t)中信号波形s₁₃(t)开始的时间t₃（可取2t₂–t₁），为s_eleft2(t)中时间区间[t₂t₃]内所有波形数据点中Y轴值超出[-a a]的数据点计数，并记为M； 

12）改变Δt_e2、α_e2取值（一般可从零值递增至某一选定值），重复步骤9～11，记录各次取值对应的M值，绘制三维数据图像，选取稳定的局部极值点，并将对应的Δt_e2、α_e2作为最优测量值Δt_m2、α_m2

最终测量结果及其相对误差如下表所示： 

Claims (3)

1.一种使用超声波平探头同时测量线粘弹性薄层材料多参数的方法，其特征在于方法的步骤如下：

1）将薄层材料(5)放置于参考基体材料(4)表面，并置于盛有水的水槽(6)中，开启与超声波平探头(1)及计算机(9)相连的超声波发射接收器(8)；

2）控制直线电机(2)运动，使超声波平探头(1)位于参考基体材料(4)正上方，测量参考基体材料(4)表面的超声波回波信号s₀(t)；

3）控制直线电机(2)运动，使超声波平探头(1)位于薄层材料(5)伸出参考基体材料(4)表面部分的正上方，即薄层材料(5)上下表面完全浸在水中的部分，测量薄层材料(5)的超声波回波信号s₁(t)；

4）分别对参考基体材料(4)表面的超声波回波信号s₀(t)、薄层材料(5)的超声波回波信号s₁(t)进行低通滤波；

5）建立薄层材料的超声波回波模型：

$\left\{\begin{array}{c}{S}_{11}\left(\mathrm{\ω}\right)=S_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\ω}\right)\·R_{12}\\ S_{12}\left(\mathrm{\ω}\right)=S_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\ω}\right)\·(1-R_{12}^2)\·R_{21}\·\exp (j2\mathrm{\ω\Δ}{t}_2-2{\mathrm{\α}}_2\mathrm{\ω\Δ}{t}_2)\\ S_{13}\left(\mathrm{\ω}\right)=S_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\ω}\right)\·(1-R_{12}^2)\·R_{21}^3\·\exp (j4\mathrm{\ω\Δ}{t}_2-4{\mathrm{\α}}_2\mathrm{\ω\Δ}{t}_2)\\ ........\end{array}\right.$

式中ω为角频率，S_in(ω)为超声入射波的频域表示，S₁₁(ω)为接收到的第一个超声波回波即来自薄层材料上表面回波的频域表示，S₁₂(ω)为接收到的第二个超声波回波即来自薄层材料下表面回波的频域表示，S₁₃(ω)为接收到的第三个超声波回波即经薄层材料下表面二次反射的回波的频域表示，R₂₁=-R₁₂=(Z₁-Z₂)/(Z₂+Z₁)为水与薄层材料分界面上的反射系数，Z₁为水的声阻抗，Z₂为薄层材料的声阻抗，Δt₂为超声波自薄层材料上表面传播到薄层材料下表面所需的时间即渡越时间，α₂为薄层材料中超声信号衰减系数，j为虚数单位，exp()为以自然对数e为底的指数函数；

6）根据步骤5)中描述的薄层材料超声波回波模型，对薄层材料(5)的超声波回波信号s₁(t)中来自薄层材料上表面的回波s₁₁(t)进行最佳估计以得到声阻抗的最优测量值Z_m2，并将声阻抗等于Z_m2时对应的来自薄层材料上表面的回波s₁₁(t)从薄层材料(5)的超声波回波信号s₁(t)中减去；

7）根据步骤5)中描述的薄层材料超声波回波模型以及步骤6)中测得的声阻抗的最优测量值Z_m2，对薄层材料(5)的超声波回波信号s₁(t)中来自线粘弹性薄层材料下表面的回波s₁₂(t)进行最佳估计以得到渡越时间的最优测量值Δt_m2和衰减系数的最优测量值α_m2。

2.根据权利要求1所述的一种使用超声波平探头同时测量线粘弹性薄层材料多参数的方法，其特征在于所述的步骤6）为：

2.1）为薄层材料声阻抗Z₂选取估计值Z_e2，开始时选取该估计值的初始值为0，按下式计算来自薄层材料上表面的回波s₁₁(t)的估计值s_e11(t)：

s_e11(t)＝F^-1[R_e12·S₁₁(ω)],R_e12＝(Z_e2-Z₁)/(Z_e2+Z₁),S₁₁(ω)＝F[s₁(t)]

式中F[]为傅里叶变换，F^-1[]为傅里叶逆变换。

2.2）从薄层材料(5)的超声波回波信号s₁(t)中减去s_e11(t)，得到去除s_e11(t)后的剩余波形估计值s_eleft1(t)：

s_eleft1(t)＝s₁(t)-s_e11(t)

2.3）记s₁(t)中来自薄层材料上表面的回波s₁₁(t)、来自薄层材料下表面的回波s₁₂(t)开始的时间分别为t₁、t₂，当s_eleft1(t)中时间区间[t₁t₂]内波形完全消失时，将对应的Z_e2作为薄层材料声阻抗的最优测量值Z_m2，并将对应的s_eleft1(t)记为去除s_e11(t)后的剩余波形s_left1(t)；当不满足区间[t₁t₂]内波形完全消失的条件时，改变Z_e2取值，重复步骤2.1)-步骤2.3)，直至得到Z_m2和s_left1(t)。

3.根据权利要求1所述的一种使用超声波平探头同时测量线粘弹性薄层材料多参数的方法，其特征在于所述的步骤7）为：

3.1）为渡越时间Δt₂选取估计值Δt_e2，为薄层材料中超声信号衰减系数α₂选取估计值α_e2，开始时选取这两个估计值的初始值为0，按下式计算来自薄层材料下表面的回波s₁₂(t)的估计值s_e12(t)：

$S_{e12}\left(t\right)=F^{-1}[(1-R_{m12}^2)\·R_{m21}\·\exp (j2\mathrm{\ω\Δ}{t}_{e2}-2{\mathrm{\α}}_{e2}\mathrm{\ω\Δ}{t}_{e2})\·S_{11}\left(\mathrm{\ω}\right)],S_{11}\left(\mathrm{\ω}\right)=F\left[s_1\left(t\right)\right]$

式中R_m12＝-R_m12＝(Z_m2-Z₁)/(Z_m2+Z₁)为根据薄层材料声阻抗测量值Z_m2计算得到的水与薄层材料分界面上的反射系数测量值。

3.2）从去除s_e11(t)后的剩余波形s_left1(t)中减去s_e12(t)，得到去除s_e11(t)及s_e12(t)后的剩余波形估计值s_eleft2(t)：

s_eleft2(t)＝s_left1(t)-s_e12(t)

3.3）记薄层材料(5)的超声波回波信号s₁(t)中经薄层材料下表面二次反射的回波s₁₃(t)开始的时间为t₃，当s_eleft2(t)中对应时间区间[t₂t₃]内波形完全消失时，将对应的Δt_e2作为渡越时间最优测量值Δt_m2，将对应的α_e2作为薄层材料中超声信号衰减系数最优测量值α_m2；当不满足区间[t₂t₃]内波形完全消失的条件时，改变Δt_e2、α_e2取值，重复步骤3.1)～步骤3.3)，直至得到Δt_m2、α_m2。

Images