非球形气泡的超声定量检测

摘要：

超声是检测不透明液体中气泡的有效方法,声散射模型是超声反演技术的核心.经典气泡散射模型通常是基于球形假设及ka≤1(a为气泡半径,k为入射波的波数),然而实际应用中这些假设并不总能得到满足.本研究针对非球形气泡及ka偏离假设情况,提出一种超声反演定量方案.建立不受ka约束的球形气泡级数背散射模型,将其与经典Medwin(ka?1)和Anderson(ka≈1)散射模型进行对比,发现ka偏离引发的散射截面效应仅体现在散射高阶共振峰位置及大小差异上.据此提出:可通过曲线拟合法解决散射截面sbs/(πa2)与ka间的多值问题,同时用当量半径a*对非球形气泡尺寸进行量化.具体首先利用非球形气泡背散射信号的频域信息测定其散射截面sbs,再根据sbs与非球形当量半径a*间拟合曲线进行反演,同时利用回波时域信息勾画气泡形状轮廓.反演结果通过高速摄影定量结果进行检验.结果表明:气泡沿之字形路径上升过程中产生非球形形变,当9≤kr0≤35时,反演得到的非球形气泡当量半径与高速摄影定量半径r0的相对误差小于45％,对应的最大绝对误差约为1 mm.说明该方法在一定测量精度范围可用于非球形气泡的声反演.

关键词：超声检测、散射截面、非球形气泡、当量半径

所属期刊栏目：72

分类号：R681;TE988.2;R445.1

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;国家自然科学基金;资助的课题

在线出版日期：2023-02-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：114-122