Numerical Calculations of Ultrasonic Echo Patterns and Implications on the Determination of the Velocity of Sound

Calculations of ultrasonic echo patterns in the frequency and time domain are presented. The piezoelectric coupling in the transducers is treated strictly by the use of an expanded type of four-pole theory. The effects of resonant transducers, bonds and the electric circuitry are included. Typical numerical results are compared with experimental data. The implications of the theory for measurements of the velocity of sound and the determination of the elastic constants are discussed.

Zusammenfassung

Es werden Berechnungen von Ultraschall-Echomustern im Frequenz- und Zeitbereich vorgestellt. Die piezoelektrische Kopplung in den Wandlern wird mit Hilfe einer erweiterten Vierpoltheorie streng behandelt unter Einschluß der Effekte von Resonanzwandlern, von Verbindungen und der elektrischen Beschaltung. Typische numerische Ergebnisse werden mit experimentellen Daten verglichen. Schließlich werden die Auswirkungen dieser Theorie auf Messungen der Schallgeschwindigkeit und die Bestimmung elastischer Konstanten diskutiert.

Sommaire

On présente une méthode de calcul des profils, en temps et en fréquence, des échos d'condes ultrasonores. Le couplage piézo-électrique dans les transducteurs est traité exactements, grâce à l'emploi d'une extension de la théorie des quadripôles. Les calculs présentés incluent les effets de résonance dans les transducteurs, ainsi que les jonctions et toute la circuiterie électrique. Certains résultats numériques typiques ont fait l'objet de vérifications expérimentales. Pour terminer, on discute des implications de cette théorie en ce qui concerne la métrologie de la vitesse du son et la détermination des constantes d'élasticité.