基于等效流体模型的莲藕超声波探测技术研究

发布时间：2023-12-29 19:24

　　针对以超声技术为核心的莲藕探测综合性问题,提出基于等效流体模型的非饱和多孔介质声场计算方法。通过对超声波在多层介质中传播特性的研究,初步得到探测角度和频率对探测结果影响的规律,进一步利用COMSOL Multiphysics软件建立一种"水—泥土—莲藕—空气"声场仿真模型进行研究,并通过自主开发的基于单片机控制的莲藕超声探测设备进行实验验证。结果表明,仿真与试验结果一致,即回波电压随着入射角度的增加而减小,但入射角度在小角度范围内变化时,衰减率较小,因此最佳入射角为0°～10°;在低频段(300～600 kHz),回波电压最为明显,探测效果最佳;改变多孔介质土体参数,得出反射回波电压与土体骨架密度和土体饱和度成正相关的关系。

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【文章目录】：
0 引言
1 材料与方法
    1.1 莲藕的声学特性
    1.2 藕田中泥土的声学特性及相关概念
        1.2.1 孔隙率与饱和度
        1.2.2 土壤的饱和状态
        1.2.3 上层土体结构声学特性
        1.2.4 下层土体结构声学特性
    1.3 “水—泥土—莲藕—空气”多层介质中超声波的传播特性分析
        1.3.1 超声波倾斜入射到各界面时的折射情况
        1.3.2 超声波倾斜入射到各界面时的反射、透射情况
    1.4 “水—泥土—莲藕—空气”多层介质声场仿真
        1.4.1 仿真模型建立
        1.4.2 各层介质声学属性定义
        1.4.3 有限元网格划分与求解
    1.5 莲藕超声探测的试验验证
        1.5.1 莲藕超声探测设备搭建
        1.5.2 试验方案
        1.5.3 试验过程
2 结果与分析
    2.1 探测角度对回波电压的影响
    2.2 探测频率对回波电压的影响
    2.3 土体骨架密度对回波电压的影响
    2.4 土体饱和度对回波电压的影响
3 结论



本文编号：3876288