多层介质地层中有低速层出现时的陷模研究

在三维情况下，利用Ｂ，Ｐ，Ｃ坐标系研究了水平多层介质中导波的能量分布，提出了一种计算大深度处位移和能流密度的方法，避免了精度丢失问题。在有低速层介质情况下，在深入分析瑞利模的基础上，首次研究了陷模的频散及能流分布，分析了它们的传播机制。导波能量可能分布在自由表面附近，表现为面波；也可能集中在自由界面下某一深度处，表现为沿低速层延伸方向传播的导波。     

各向异性单晶硅中声波时间反转自适应聚焦

1引言 在各向异性介质中,声波的传播速度与方向有关,这种传播特性会使聚焦声束产生散焦,研究如何克服这种因为传播速度各向异性而造成的相位畸变,具有重要的理论和实际意义.时间反转法(TR,time reversal)是一种新颖的聚焦方法,不需要了解介质的性质和换能器阵的结构就可以实现自适应聚焦.在时间反转处理过程中,用时间反转阵接收声波,并进行存储、时间反转后再发射,这时换能器阵各个阵元激发的声波将同时同相到达原声源处,实现自适应聚焦.近年来,这种聚焦方法引起越来越多的关注,Fink等在TR方法方面开展了大量而深入的研究,从理论上对时间反转法进行了论证,并开展了相应的实验研究.我们实验室也开展了水下波导介质和各向异性介质中时间反转法的研究,研制了一套数字式多通道超声成像系统.各向异性介质中声波时间反转法研究相当少见,在本研究中,选用本征单晶硅作为各向异性介质,研究时间反转法的自适应聚焦特性.     

考虑高阶模式的瑞利波反演研究

1引言 瑞利波勘探是被广泛应用于高速公路质量检测、溶洞勘查及地基处理等工程领域中的一种物探方法,该方法的原理是基于层状介质中瑞利波的频散特性.在表面激发不同频率的瑞利波信号,对接收到的信号,经处理得到一条实测频散曲线,根据该频散曲线反演推断地下介质的信息.由于层状介质中瑞利波的多模性,以往的反演中,较多地是利用基阶模式的频散曲线与实测频散曲线进行拟合,这样做就假定了在各个模式中,只有基阶模式的瑞利波能量居于主导地位,实际上,正如Gncunski指出的,只有对于规则剖面(regular profile),这种假设才是正确的,对于非规则剖面(irregular profile),通常高阶模式的能量是不能忽略的.这里所谓规则剖面是指层状介质的横波速度随深度的增加而增加,而非规则剖面是指不满足这种关系的层状介质.本文将在频率波数域中分析各个模式频散的的基础上,采用数值方法,研究考虑高阶模式的瑞利波反演.     

基于多FPGA的超声相控阵数字波束形成器设计

随着超声相控阵技术的发展,其系统往往不仅支持的可同时工作的通道数量越来越多,而且回波数字化频率也越来越高,这将使得超声相控阵检测系统在运行中产生需要实时处理与实时传输的海量回波数据,给系统的数字接收波束形成器设计带来了挑战。为此,设计并实现一种基于多硬件处理核心的两级结构的数字波束形成器:一方面,波束形成器的硬件处理核心采用多个现场可编程逻辑门阵列(Field programmable gate array,FPGA)来实现多通道海量的回波数据处理,并且硬件处理核心间通过专用机制保证可靠地同步;另一方面,引入高速串行总线来保证多硬件处理核心间的高速海量回波数据的实时传输。结果表明该设计能够满足64通道、200 MSPS数字化频率下的实时数字波束形成实现。     

用频率-波数法分析瑞利波频散曲线

传统的表面波谱分析方法(SASW)采用两道互相关方法处理频散曲线,这种方法难以获取多模式的频散曲线。本文采用频率-波数(f-k)分析方法对瑞利波多模式频散曲线进行了研究和分析,选取了实际中经常碰到的三种分层介质模型,利用数值模拟方法对瑞利波的激发和传播特性进行了深入的研究,详细分析了接收道数目、源检距等参数对频散曲线的影响,获得了关于这些参数的一些重要结果,发现当源检距大于半波长(0.5λ)时利用f-k分析方法可以得到可靠的频散曲线。     

超声无线输能通道的PSPICE等效电路研究

根据压电晶片厚度振动一维等效电路、传输线理论和超声传播理论提出一种PSPICE等效电路模型.该模型利用有损传输线可对压电晶片的机械损耗过程进行模拟仿真.利用该模型对超声无线输能系统声电转换通道进行了PSPICE等效电路建模和仿真,不仅得到了快速可靠的计算结果,而且简化了超声无线输能系统的电路设计过程.该方法为研究超声无线输能系统提供了有效可靠的理论和技术基础.     

一种由横波激发的特殊非线性声现象

目前对非线性超声的研究多集中在纵波激发的谐波性质以及对材料微观结构变化的实验检测上,横波激发的非线性声波性质少有研究。对横波激发的一维非线性声波方程入手,利用摄动法求解该方程,并改写为一阶偏微分方程,然后利用交错网格的有限差分形式进行数值求解。结果表明:采用横波激发,能产生线性横波和非线性纵波,且纵波的高次谐波内有两个信号,分别以纵波和横波两种速度传播。若采用较长的激发信号,纵波谐波能形成"拍"现象,成为一种奇特的声传播现象。     

声波水泥胶结测井中岩性对地层波影响研究及资料应用

针对砂泥岩地层,数值研究了套管井中高密度和低密度水泥完全胶结时短源距声波测井全波波形特性,通过地层孔隙度和泥质含量的变化,分析了水泥特性和地层岩性对地层波幅度的影响。结果表明水泥特性对地层波幅度影响很小,但地层孔隙度和泥质含量对地层波幅度影响很大,并给出了地层波岩性影响的校正图版。根据理论结果结合实际测井记录的波形特点,研究了波形信息提取方法,得到了第一、第二界面胶结指数等参数,用以评价固井质量。这种方法在西北油田固井质量评价中获得了较好的结果。     

石油钻井中超声相控阵井壁成像检测技术研究*

针对石油钻井中井壁成像的现状,在对柱面线性相控阵(Cylindrical linear phased array,CLPA)换能器辐射声场研究的基础上进行换能器的参数优化和选择,设计并制作了一种基于CLPA换能器的井下超声相控阵井壁成像检测系统。该系统包括声系短节、电路短节和地面系统等,声系短节由CLPA换能器组成,避免了常规声系中探头绕井轴的机械旋转方式,电路短节由高集成度的发射接收模块和基于FPGA+DSP架构的数字信号处理模块组成,完成对井壁回波信号幅度和到时信息的提取,最终实现实时高效的井壁成像显示。利用该系统在试验井中对存在不同尺寸缺陷的套管进行现场测试,结果表明：该系统对套管井的成像结果能够反映缺陷的基本位置及尺寸等信息,具有良好的成像效果。     

声波测井中的一种摄动方法

对于横向各向同性弹性固体介质的对称主轴与井轴垂直的声波测井地层－井孔模型,利用摄动方法在一种特殊情况下进行了严格的推导和分析,给出了具体数学表达式,并通过数值模拟给出了一个例子,其结果与以往工作的理论预测相吻合。