应用案例

　　实验名称：孔隙介质中圆柱散射体声散射特性测量方法及超声实验系统传能效用的实验研究与分析

　　引言：针对被泥沙覆盖或腐蚀环境下圆柱体声散射特性研究不足的难题，本研究构建了无限大孔隙介质包裹圆柱散射体的理论模型，并利用孔隙介质弹性波动理论（Biot理论）结合边界条件，实现了背向散射谱的获取与数值模拟，重点通过试验验证了模型对散射体位置的精确识别能力，从原理上解决了孔隙介质复杂性导致的散射场分布问题，为地质勘探和柱状结构无损检测提供了高精度实时检测方案。

　　实验目的：本研究旨在探究孔隙度、无量纲频率ka等参数对孔隙介质中圆柱散射体声散射特性的影响，通过搭建超声实验系统并结合变分模态分解与全聚焦成像算法，验证理论模型的正确性、散射体位置的识别精度与实时检测能力，为地质勘探和柱状结构体的无损检测提供高精度在线监测方案。

　　测试设备：信号发生器、高压功率放大器(ATA-4315)、发射与接收探头、被测试件、示波器，上位机。

　　实验过程：实验通过搭建超声实验系统研究孔隙介质中圆柱散射体的声散射特性，结合变分模态分解与全聚焦成像算法实现数据实时处理。系统标定后，通过改变探头夹角获取散射信号，并记录时域波形进行算法分析。理论与试验数据对比验证了散射幅度比的一致性，证实了模型的正确性。最终通过信号重构成像精准识别散射体位置，并分析声波传播衰减特性。实验在可变孔隙度和无量纲频率ka条件下验证了系统稳定性与可靠性，通过实时性分析和精度评估，证实该方法适用于地质勘探和柱状结构无损检测。

　　图1：实验系统整体示意图

　　实验结果：实验通过超声实验系统结合变分模态分解与全聚焦成像算法，验证了孔隙介质中圆柱散射体声散射理论模型的正确性。研究结果表明：在不同探头夹角（5°、30°、60°）条件下，试验捕获的时域信号与理论预测的散射幅度比变化趋势一致，归一化后具有高度吻合性，证实了模型对散射场分布规律的有效表征。

图2：捕获的时域信号对比图

　　图3：重构散射界面

　　产品推荐：ATA-4315

　　图：ATA-4315高压功率放大器指标参数

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