實驗名稱：孔隙介質(zhì)中圓柱散射體聲散射特性測量方法及超聲實驗系統(tǒng)傳能效用的實驗研究與分析

　　引言：針對被泥沙覆蓋或腐蝕環(huán)境下圓柱體聲散射特性研究不足的難題，本研究構建了無限大孔隙介質(zhì)包裹圓柱散射體的理論模型，并利用孔隙介質(zhì)彈性波動理論（Biot理論）結(jié)合邊界條件，實現(xiàn)了背向散射譜的獲取與數(shù)值模擬，重點通過試驗驗證了模型對散射體位置的精確識別能力，從原理上解決了孔隙介質(zhì)復雜性導致的散射場分布問題，為地質(zhì)勘探和柱狀結(jié)構無損檢測提供了高精度實時檢測方案。

　　實驗目的：本研究旨在探究孔隙度、無量綱頻率ka等參數(shù)對孔隙介質(zhì)中圓柱散射體聲散射特性的影響，通過搭建超聲實驗系統(tǒng)并結(jié)合變分模態(tài)分解與全聚焦成像算法，驗證理論模型的正確性、散射體位置的識別精度與實時檢測能力，為地質(zhì)勘探和柱狀結(jié)構體的無損檢測提供高精度在線監(jiān)測方案。

　　測試設備：信號發(fā)生器、高壓功率放大器(ATA-4315)、發(fā)射與接收探頭、被測試件、示波器，上位機。

　　實驗過程：實驗通過搭建超聲實驗系統(tǒng)研究孔隙介質(zhì)中圓柱散射體的聲散射特性，結(jié)合變分模態(tài)分解與全聚焦成像算法實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時處理。系統(tǒng)標定后，通過改變探頭夾角獲取散射信號，并記錄時域波形進行算法分析。理論與試驗數(shù)據(jù)對比驗證了散射幅度比的一致性，證實了模型的正確性。最終通過信號重構成像精準識別散射體位置，并分析聲波傳播衰減特性。實驗在可變孔隙度和無量綱頻率ka條件下驗證了系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性，通過實時性分析和精度評估，證實該方法適用于地質(zhì)勘探和柱狀結(jié)構無損檢測。

圖1：實驗系統(tǒng)整體示意圖

　　實驗結(jié)果：實驗通過超聲實驗系統(tǒng)結(jié)合變分模態(tài)分解與全聚焦成像算法，驗證了孔隙介質(zhì)中圓柱散射體聲散射理論模型的正確性。研究結(jié)果表明：在不同探頭夾角（5°、30°、60°）條件下，試驗捕獲的時域信號與理論預測的散射幅度比變化趨勢一致，歸一化后具有高度吻合性，證實了模型對散射場分布規(guī)律的有效表征。

圖2：捕獲的時域信號對比圖

圖3：重構散射界面

　　產(chǎn)品推薦：ATA-4315

圖：ATA-4315高壓功率放大器指標參數(shù)

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