The Journal of the Acoustical Society of Korea (한국음향학회지)

The Acoustical Society of Korea (한국음향학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Acoustic Identification of Inner Materials in a Single-layer Cylindrical Shell with Resonance Scattering Theory

공명 산란 이론을 이용한 단일층 원통형 껍질 내부 물질의 음향 식별

  • 조영태 (성균관대학교 물리학과 음향학연구실) ;
  • 김완구 (성균관대학교 물리학과 음향학연구실) ;
  • 윤석왕 (성균관대학교 물리학과 음향학연구실)
  • Received : 2015.01.10
  • Accepted : 2015.06.16
  • Published : 2015.07.31
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Acoustic identification of inner materials in a single-layer cylindrical shell is investigated with acoustic resonance theory. The theoretical resonance peak frequencies for a cylindrical shell are little affected by the density variation, but remarkably changed by the sound speed variation of inner materials. Such acoustic dependency can be utilized to identify inner materials in a cylindrical shell. Acoustic resonance spectrogram for a single-layer cylindrical shell is theoretically plotted as functions of normalized frequency and sound speed of inner materials. The inner materials can be acoustically identified by overlapping acoustic resonance peaks from measured backscattering sound field on the spectrogram. To experimentally confirm this method, backscattering sound field of cylindrical shell filled with water, oil or ethylene glycol was measured in water tank. The inner materials could be identified by acoustic resonance peaks of the backscattering sound field monostatically measured with a transduce of 1.05 MHz center frequency.

음향 공명 이론을 이용하여 단일층 원통형 껍질 속 내부 물질의 음향 식별을 연구하였다. 원통형 껍질의 이론적인 공명 피크 주파수들은 내부 물질의 밀도 변화에 의해서는 거의 영향을 받지 않으나, 음속 변화에 의해서는 두드러지게 변화를 보인다. 이와 같은 음향 의존성을 원통형 껍질 속 내부 물질을 식별하는 데 활용할 수 있다. 단일층 원통형 껍질에 대한 음향 공명 스펙트로그램을 정규화 주파수 및 내부 물질 음속의 함수로서 이론적으로 작성한다. 이 스펙트로그램에 측정한 후방 산란 음압장의 음향 공명 피크들을 중첩함으로써 내부 물질을 음향학적으로 식별할 수 있다. 이를 실험적으로 확인하기 위하여 물, 기름 또는 에틸렌글리콜을 넣은 원통형 껍질의 후방 산란 음압장을 수조 안에서 측정하였다. 단일 송수신 방식으로 중심주파수 1.05 MHz인 음파 변환기로 측정한 후방 산란 음압장의 음향 공명 피크로 내부 물질을 식별할 수 있었다.

Keywords

References

  1. R. D. Doolittle and H. Uberall, "Sound scattering by elastic cylindrical shells," J. Acoust. Soc. Am. 39, 272-275 (1966). https://doi.org/10.1121/1.1909886
  2. J. D. Murphy, E. D. Breitenbach, and H. Uberall, "Resonance scattering of acoustic waves from cylindrical shells," J. Acoust. Soc. Am. 64, 677-683 (1978). https://doi.org/10.1121/1.381992
  3. E. D. Breitenbach, H. Uberall, and K. B. Yoo, "Resonant acoustic scattering from elastic cylindrical shells," J. Acoust. Soc. Am. 74, 1267-1273 (1983). https://doi.org/10.1121/1.390033
  4. H. J. Yim, G. S. Hong, and J. T. Kim, "Analysis of Modulus and Phase of Resonance Scattered Elastic Waves from Cylindrical Fluid Scatterers" (in Korean), J. Acoust. Soc. Kor. 20, 62-70 (2001).
  5. J. Ripoche and G. Maze, "A new acoustic spectroscopy: the resonance scattering spectroscopy by the Method of Isolation and Identification of Resonances (MIIR)," in Acoustic Resonance Scattering, edited by H. Uberall (Gordon and Breach, Philadelphia, 1992), pp. 69-103.
  6. A. Tesei, W. L. J. Fox, A. Maguer, and A. Lovik, "Target parameter estimation using resonance scattering analysis applied to air-filled, cylindrical shells in water," J. Acoust. Soc. Am. 108, 2891-2900 (2000). https://doi.org/10.1121/1.1312359
  7. Y. Fan, F. Honavar, A. N. Sinclair, and M. R. Jafari, "Circumferential resonance modes of solid elastic cylinders excited by obliquely incident acoustic waves," J. Acoust. Soc. Am. 113, 102-113 (2003). https://doi.org/10.1121/1.1525289
  8. M. Billy and G. Quentin, "Scattering by cylindrical targets using very short ultrasonic pulses and fourier analysis," in Acoustic Resonance Scattering, edited by H. Uberall (Gordon and Breach, Philadelphia, 1992), pp. 105-121.