Spectral Filtering of Finite Amplitude Ultrasonic Pulses by Plates. An Investigation Using Light Diffraction

Finite amplitude ultrasonic pulses, reflected and transmitted from a brass plate, are optically examined using light diffraction produced by the ultrasonic signal. Pulse Fourier spectra are derived which, when used for input to a light diffraction model, provide quantitative agreement between experiment and theory.The spectra are used in a propagation model based on Burgers' equation which describes finite amplitude acoustic waves in a nonlinear medium. Theories of ultrasonic beam reflection and transmission from plates immersed in a liquid are applied to pulsed beams and incorporated into the pulse spectrum, propagation, and light diffraction models. Examples are presented which illustrate selective filtering of pulse fundamental and harmonic frequency components by Lamb and Rayleigh mode excitation in a plate

Zusammenfassung

Es werden Ultraschallimpulse endlicher Amplitude, die von einer Messingplatte reflektiert und transmittiert werden mit Hilfe der vom Ultraschall hervorgerufenen Lichtbeugung optisch untersucht. Hierzu werden Fourierspektren von Impulseri abgeleitet, die, als Eingangsgröbe für ein Lichtbeugungsmodell benutzt eine quantitative Übereinstimmung zwischen Experiment und Theorie ergeben. Diese Spektren werden in einem Ausbreitungsmodell verwendet, das auf der burgersschen Gleichung zur Beschreibung von Schallwellen endlicher Amplitude in einem nichtlinearen Medium beruht. Die Theorien der Reflexion und Transmission von Ultraschallstrahlen an Platten in einer Flüssigkeit werden auf gepulste Strahlen angewandt und in die Modelle für das Pulsspektrum, die Impulsausbreitung und die Lichtbeugung eingebng;aut. Durch Beispiele wird die selektive Filterung der Grundfrequenz und der Harmonischen des Impulses durch Anregung von Lamb- und Rayleighwellen in der Platte demonstriert.

Sommaire

On a examiné optiquement la lumière diffractée par le signal ultrasonore réfléchi ou transmis par une plaque de laiton insonée par des impulsions acoustiques d'amplitudes finies. Parallélement on a calculé les spectres de Fourier pour les impulsions et on les a utilisés comme signaux d'entrée dans un modéle de diffraction acoustique de la lumiére, obtenant ainsi un accord quantitatif entre calculs et expériences. Le modéle propagatif utilisé repose sur l'équation de Burgers décrivant la propagation d'ondes acoustiques d'amplitude finie dans un milieu non linéaire. Puis on a appliqué à des faisceaux pulsés les théories connues de la réflexion et de la transmission d'un faisceau d'ultrasons par une plaque immergée dans un liquide et on les a incorporées dans des modéles composites englobant spectres d'impulsions, propagations et diffraction de la lumiére. Enfin on présente des exemples illustrant le filtrage sélectif des composantes spectrales fondamentales et harmoniques des impulsions par les modes de Lamb et de Rayleigh excités dans la plaque.