超声波多次回波反射法测量两相流密度实验研究

本文利用超声波在一侧壁面内的多次反射确定两相流的声阻抗值,从一侧壁面通过两相流到另一侧壁面再反射回来的二次回波时差确定两相流中声速,对这两个数据采用超声多次回波测量理论进行处理,可以得到两相流密度和浓度.不同浓度下的水煤浆实验结果表明,该方法测量得到的结果与珲论值较为吻合.并且超声波多次回波反射法的测量装置具有结构简单,非侵入式测量,实时处理数据以及不受超声发射功率影响等优势,适合高浓度两相流密度和浓度的在线测量.     

应用声学文摘

固井质量检测方法用于评价套管井水泥胶结质量。方法之一是脉冲回波反射法(工作频率为200—800kHz)。反射回波的首部是套管内壁的反射波,紧随其后的尾部含有套管俘获的模式波在其中多次反射时透射回泥浆中的波。通过测量套管与岩层之间水泥的声阻抗解决胶结质量问题。弱胶结时,水泥声阻抗较小;强胶结时,水泥声阻抗较大。 目前被CET采用的处理反射回波的方法是W2/W1处理方法。它处理宽带发射脉冲产生的回波信号。信号尾部通常是两个以上套管模式波的迭加结果。在做信号处理过程中,要求套管的厚度和外径是一致的,且其它环境条件诸如泥浆衰减等也认为是相同的。     

超声法测量高浓度矿浆两相流粒径分布和浓度

研究了超声衰减谱法和超声多次回波反射法测量高浓度矿浆两相体系粒径分布和浓度。实验测量了多个浓度下硫矿浆在3～6 MHz频率下的声衰减谱,结合反演算法由实验数据计算得到矿浆两相流粒径分布。同时测量了不同浓度下硫矿的声阻抗值,由超声多次回波反射法计算得到浓度。粒径分布与浓度测量得到的结果与标准配置值较为吻合,表明超声法适用于高浓度矿浆两相流粒径分布和浓度的在线检测。     

超声检测综合实验

基于超声波在不同声阻抗介质形成的界面上的反射和透射理论,设计了超声检测综合实验.实验样品为带有缺陷的固体材料,采用超声方法测量缺陷的尺寸及缺陷中的填充物.作为竞赛的综合实验,做到了难易结合,突出理论与实践结合:实验容易的部分,如测量换能器的中心频率、材料的密度、声速及声阻抗,主要考察学生对基本实验仪器的操作能力;实验比较难的部分是确定缺陷的填充物,学生需要综合应用提供的声传播、反射及衰减理论设计测量实验.     

用脉冲光声法测量固体介质中声速

提出了一种利用脉冲光声技术测量固体介质中声速的方法,建立了由YAG激光器和超声探测器组成的实验系统,脉冲激光在固体表面产生脉冲超声波,通过测量脉冲声波在固体内多次反射后的出射信号及固体的厚度,即可算出固体介质中的声速.对黄铜及铝的测量结果表明,这是一种准确性较高的固体介质中声速测量方法.该测量方法可作为综合设计性物理实...     

声波多次往返叠加对相位比较法测量声速的影响

相位比较法测量声速实验中,由于声波在传输过程中存在衰减、反射以及在收、发换能器之间多次反射叠加,当收、发换能器间距较小时,发射信号和接收信号合成的李萨如图形变化规律与理论不一致,即,接收器移动1个波长的距离,示波器中观察到合成直线段在同相和反相区域分别连续出现多次,该现象影响了学生对实验现象的判断和实验测量.本文通过理论计算分析,声波在收、发换能器之间的多次往复反射叠加次数增加,声波传输衰减小和换能器表面反射系数大会增大该现象产生的强度和持续的空间范围,理论计算直观地说明了接收器接收的声压信号与空气振动信号之间的关系和利用相位比较法测量声速的合理性.     

不同介质中超声波传播速度测量方法之比较

基于共振干涉法、相位法和反射回波法测量了空气和水中超声波的传播速度,比较了三种方法的优缺点,共振干涉法和相位法可测量气体和液体中的声速,反射回波法可测量液体和固体中的声速;相位法误差最小,共振干涉法误差相对较大。共振干涉法研究了示波器接收的交变电压随传播距离的变化规律,计算得空气和水中超声波的损耗系数分别为0.01381、0.01829,超声波在水中的损耗较大。使用Origin软件直线拟合,对实验结果进行分析和评价。     

小样品中纵波超声波速的测量

要测量固体或液体中的超声波速,在薄样品的情况,由于对相继多次反射的分辨力低,用通常脉冲回波型探伤仪精确测量声速是困难的.     

驻波法测量声速实验的讨论

根据声波在2个换能器之间多次反射和声波在空气中的衰减,研究了驻波法测量声速实验中接收器输出信号随接收器到发送器间距离的变化.理论推导结果表明:声波在一般情况下不是严格的驻波,但是当反射比接近-1时则是双曲函数形式的驻波,这与实验测量结果一致.只有接收器到发送器的距离比较远,反射比接近-1时,才能得到几乎理想的驻波.     

驻波法测量声速实验的探讨

通过建立起声波无限次反射的模型,对用驻波法测量声速实验的原理进行探讨.利用该模型拟合实验结果、分析实验数据和现象,揭示了理论的合理性及尚存的局限.     

Correction for transducer influence on sound velocity measurements by the pulse echo method

The accuracy of sound velocity measurements calculated by the pulse echo method is influenced markedly by the transducer used. This influence is the result of multiple internal reflections within the transducer and is dependent both on transducer thickness and the impedance mismatch between transducer and sample. Corrections for this effect have been computed for a wide range of sample acoustic impedances and the results were confirmed by experiment. These corrections improve sound velocity measurements, particularly on low impedance materials.     

高声压级时多孔金属板的吸声特性研究

针对高声压级下有限厚度多孔金属板在线性阻抗背衬条件下(背衬表面声压与声质点速度为线性关系)的吸声问题,提出了一个描述不同声压级下材料层法向吸声性能的一维模型,并给出求解材料层内部声质点速度的线化与差分方法,以预测多孔金属板在高声压级下的非线性吸声特性。在阻抗管中对两块多孔金属板进行了声学测试,得到了材料层法向表面阻抗和吸声系数随入射声压级变化的实验结果。研究表明:实验与理论预测符合良好,验证了模型与数值方法的正确性。本文所提原理和方法,可用于一般硬质多孔材料。      

超声脉冲窄带激励的水泥环第二界面探测方法*

如何评价水泥环的第二界面固井质量一直是声波测井领域的世界性难题。本文利用有限元方法研究了基于超声脉冲反射法的水泥环第二界面固井质量探测方法。数值模拟了不同声源脉冲宽度及不同声阻抗地层对第二界面超声反射回波的影响。研究结果表明采用窄带的激励信号源可有效的提高水泥环第二界面反射波回波幅度,有望解决水泥环第二界面固井质量评价问题。制作了水泥环第二界面具有胶结缺陷的实验室样品及大型固井质量刻度井,在此基础上开展了基于窄带超声脉冲激励的实验室及刻度井群实验研究。实验结果表明满足水泥环第一界固井质量良好条件,采用窄带的超声脉冲回波技术可有效评价水泥环第二界面固井质量。     

多阶声模态分解的改进阻抗管法测量材料的高频吸声系数

为了测量高频材料吸声系数,采用声模态分解的方法,基于阻抗管构建测试设备,在阻抗管内测量超过平面波截止频率的的高频吸声系数.测量过程中,通过在阻抗管的周向和轴向分别布置传声器阵列,分离管道内前3阶周向声模态以及各阶声模态的轴向传播入射波和反射波,从而得到最高频率达10000 Hz的材料吸声系数,并通过对比常规阻抗管测试方...     

Determination of the parameters of a linear-viscoelastic thin layer using the normally-incident ultrasonic waves

This paper proposes a method of simultaneous determination of the four layer parameters (mass density,longitudinal velocity,the thickness and attenuation) of an immersed linear-viscoelastic thin layer by using the normally-incident reflected and transmitted ultrasonic waves.The analytical formula of the layer thickness related to the measured transmitted transfer functions is derived.The two determination steps of the four layer parameters are developed,in which acoustic impedance,time-of-flight and attenuation are first determined by the reflected transfer functions.Using the derived formula,it successively calculates and determines the layer thickness,longitudinal velocity and mass density by the measured transmitted transfer functions.According to the two determination steps,a more feasible and simplified measurement setups is described.It is found that only three signals (the reference waves,the reflected and transmitted waves) need to be recorded in the whole measurement for the determination of the four layer parameters.A study of the stability of the determination method against the experimental noises and the error analysis of the four layer parameters are made.This study lays the theoretical foundation of the practical measurement of a linear-viscoelastic thin layer.     

井旁溶洞的偶极反射声波测井响应研究*

反射声波成像测井是适应复杂地区勘探开发的一种测井新技术,能够对井旁几米至几十米内声阻抗不连续的地层界面、裂缝、溶洞、盐丘等不同地质构造进行探测评价。针对井旁存在一个不同尺度大小的溶洞时的偶极反射声波测井响应进行了数值模拟,得到了不同情况下的回波信号,探究了地层横波波长与井旁溶洞尺度之间的关系。研究结果表明,等源距阵列波形中,溶洞的回波波列有特殊的"抛物线"型形态,上提过程中距溶洞最近时,回波到时最早、幅度最大。当井旁溶洞直径逐渐增大时,回波信号幅度越强,反射横波偏移成像的结果越清晰。通过该研究,初步形成了一种反射声波测井评价井旁溶洞的方法。     

基于四水听器的充水弹性管声速测量方法

实验室中水声材料声学参数的测量主要在水声声管中进行。管内平面波声速是正确测量这些参数的基础。该文提出一种基于四水听器结合不同边界的测量充水弹性管中声速的新方法。该方法利用4个固定位置处的水听器,采用最小二乘的方法,使得两组水听器分别得到的声管末端入射波声压差值的平方最小的声速即为管内平面波声速。该方法利用单频信号,在每一频率点均可测得声速,可以在任一种声管末端边界下进行测量,同时无需知道各水听器到边界的精确距离,在文中的3种边界下声速测量结果具有很好的一致性,实验操作简单、误差很小。该方法的仿真结果与管内声速的理论值吻合得很好,同时实验测量结果与仿真值之间的误差很小,证明了方法的准确性以及鲁棒性,为声管声速测量提供一个很好的思路。     

Low-frequency sound transmission through a gas-liquid interface

Typically, sound speed in gases is smaller and mass density is much smaller than in liquids, resulting in a very strong acoustic impedance contrast at a gas-liquid interface. Sound transmission through a boundary with a strong impedance contrast is normally very weak. This paper studies the power output of localized sound sources and acoustic power fluxes through a plane gas-liquid interface in a layered medium. It is shown that, for low-frequency sound, a phenomenon of anomalous transparency can occur where most of the acoustic power generated by a source in a liquid half-space can be radiated into a gas half-space. The main physical mechanism responsible for anomalous transparency is found to be an acoustic power transfer by inhomogeneous (evanescent) waves in the plane-wave decomposition of the acoustic field in the liquid. The effects of a liquid's stratification and of guided sound propagation in the liquid on the anomalous transparency of the gas-liquid interface are considered. Geophysical and biological implications of anomalous transparency of water-air interface to infrasound are indicated.     

圆孔非线性声阻抗三维时域仿真与特性分析

为研究有限振幅声波作用下圆孔的非线性声学特性,提出了基于三维时域计算流体动力学(CFD)仿真的圆孔非线性声阻抗提取方法,通过求解层流方程来模拟声信号在圆孔及上下游的传播,以及采用横向周期性边界条件来考虑高穿孔率时圆孔之间相互作用的影响。研究了不同幅值声波作用下孔径、厚度和穿孔率对声阻抗的影响规律,通过对质点振速幅值、频率和板厚等组成的无量纲参量进行非线性回归分析,得到了圆孔非线性声阻抗的拟合公式,并将其转换为可考虑多频声波影响的时域模型。最后结合声阻抗时域模型和有限差分方法计算了直通穿孔管消声器在小振幅和有限振幅声波作用下的传递损失,通过与实验测量结果的比较,验证了拟合公式的准确性和实用性。     

混响声场条件下水声互易传递函数的测量及应用

对不规则的混响声场情况的互易测量方法进行了理论研究,对相关测量误差提出了修正方法。通过测量结果的空间平均和混响环境对声能密度影响的评估,修正了声源体积速度的计算值,并在水中进行了试验验证。经修正后的互易测量结果与正向实测结果基本一致。表明混响声场不影响互易原理有效性的成立,但影响了声源体积速度的计算,进而影响了应用互易原理对传递函数的测量。提出的修正方法在不规则的混响声场情况下简单有效,结论为今后基于互易原理的工程应用提供了参考和依据。