Zur Mehrfachstreuung von Ultraschall. Bestimmung der mittleren freien Weglänge in stark streuenden Medien
In this paper a simple formula is derived from diffusion theory which describes the propagation of scattered ultrasound in media containing numerous embedded scattering centres. The scattered field is generated by a short ultrasound impulse which enters the medium from the outside in
the form of a narrow beam. Of particular interest is the scattered signal occurring at the surface of the sample which can be calculated in a simple way both for two-dimensional and for three-dimensional scattering. The validity of the formula is confirmed by simulating the sound propagation.
Comparison of the calculated results with experimentally obtained backscattering curves permits the scattering and the absorption coefficients αS and αa of the medium to be determined with good accuracy. If the scattering mechanism is known, the size of the
scattering obstacles or their number density can be obtained from these data.
Zusammenfassung
In der vorliegenden Arbeit wird aus der Diffusionstheorie eine einfache Formel abgeleitet, welche die Ausbreitung von gestreutem Ultraschall in Medien mit zahlreichen eingelagerten Streuzentren beschreibt. Das Streuschallfeld entsteht durch einen kurzen Ultraschallimpuls, der in Form eines schmalen Strahls von außen in das Medium eindringt. Von besonderem Interesse ist das an der Oberfläche des Probekörpers auftretende Streusignal, das sich in einfacher Weise sowohl für zweidimensionale als auch für dreidimensionale Streuung berechnen läß t. Die Simulation der Schallausbreitung bestätigt die Formel. Durch Vergleich der berechneten Ergebnisse mit experimentellen Rückstreukurven lassen sich die Streu- und Absorptionskoeffizienten αs und αa des Mediums mit guter Genauigkeit bestimmen. Bei bekanntem Streumechanismus kann hieraus auf die Größe der Streukbörper oder Anzahldichte geschlossen werden.
Sommaire
Dans cet article nous présentons une formulation simple de la théorie de la diffusion, qui permet de décrire la propagation des ultrasons dans des milieux contenant de multiples particules diffusantes. Le champ diffusé est provoqué par une bréve impulsion ultrasonore, qui pénètre dans le milieu sous la forme d'un rayon étroit. On note l'intérèt particulier du champ à la surface des diffuseurs, qui se calcule de façon simple aussi bien pour des problèmes à deux dimensions et à trois dimensions. Des essais de simulation de propagation acous-tique confirment la validité de la formulation. La comparaison des résultats du calcul avec les courbes expérimentales de rétrodiffusion permet de déterminer avec une bonne précision les coefficients de diffusion αset d'absorption αa du milieu. Si les mécanismes de diffusion sont connus, on déduit de ces grandeurs la taille des corps diffusants et la densité de leur distribution.
Zusammenfassung
In der vorliegenden Arbeit wird aus der Diffusionstheorie eine einfache Formel abgeleitet, welche die Ausbreitung von gestreutem Ultraschall in Medien mit zahlreichen eingelagerten Streuzentren beschreibt. Das Streuschallfeld entsteht durch einen kurzen Ultraschallimpuls, der in Form eines schmalen Strahls von außen in das Medium eindringt. Von besonderem Interesse ist das an der Oberfläche des Probekörpers auftretende Streusignal, das sich in einfacher Weise sowohl für zweidimensionale als auch für dreidimensionale Streuung berechnen läß t. Die Simulation der Schallausbreitung bestätigt die Formel. Durch Vergleich der berechneten Ergebnisse mit experimentellen Rückstreukurven lassen sich die Streu- und Absorptionskoeffizienten αs und αa des Mediums mit guter Genauigkeit bestimmen. Bei bekanntem Streumechanismus kann hieraus auf die Größe der Streukbörper oder Anzahldichte geschlossen werden.
Sommaire
Dans cet article nous présentons une formulation simple de la théorie de la diffusion, qui permet de décrire la propagation des ultrasons dans des milieux contenant de multiples particules diffusantes. Le champ diffusé est provoqué par une bréve impulsion ultrasonore, qui pénètre dans le milieu sous la forme d'un rayon étroit. On note l'intérèt particulier du champ à la surface des diffuseurs, qui se calcule de façon simple aussi bien pour des problèmes à deux dimensions et à trois dimensions. Des essais de simulation de propagation acous-tique confirment la validité de la formulation. La comparaison des résultats du calcul avec les courbes expérimentales de rétrodiffusion permet de déterminer avec une bonne précision les coefficients de diffusion αset d'absorption αa du milieu. Si les mécanismes de diffusion sont connus, on déduit de ces grandeurs la taille des corps diffusants et la densité de leur distribution.
Document Type: Research Article
Publication date: 01 March 1994
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