Методика моделирования распространения волнового поля
Метод углового спектра — это метод моделирования распространения волнового поля . Этот метод предполагает расширение сложного волнового поля в сумму бесконечного числа плоских волн одной и той же частоты и разных направлений. Его математическое происхождение лежит в области оптики Фурье [1] [2] [3] , но оно широко применяется в области ультразвука . Этот метод позволяет прогнозировать распределение поля акустического давления по плоскости, основываясь на знании распределения поля давления в параллельной плоскости. Возможны прогнозы как в прямом, так и в обратном направлении распространения. [4]
Моделирование дифракции непрерывного (непрерывного) монохроматического (одночастотного) поля включает в себя следующие этапы:
- Выборка сложных (реальных и мнимых) компонентов поля давления по сетке точек, лежащих в плоскости поперечного сечения внутри поля.
- Принимая 2D- БПФ (двумерное преобразование Фурье ) поля давления, это разложит поле на двумерный «угловой спектр» составляющих плоских волн, каждая из которых движется в уникальном направлении.
- Умножение каждой точки в 2D-FFT на член распространения, который учитывает изменение фазы, которому подвергнется каждая плоская волна на своем пути к плоскости прогнозирования.
- Получение 2D-ОБПФ (двумерного обратного преобразования Фурье ) результирующего набора данных для получения поля в плоскости прогнозирования.
Помимо прогнозирования эффектов дифракции, [5] [6] модель была расширена для применения к немонохроматическим случаям (акустические импульсы) и для включения эффектов затухания, преломления и дисперсии. Некоторые исследователи также расширили модель, включив в нее нелинейные эффекты распространения звука с конечной амплитудой (распространение в тех случаях, когда скорость звука не является постоянной, а зависит от мгновенного акустического давления). [7] [8] [9] [10] [11]
Прогнозы обратного распространения могут использоваться для анализа моделей поверхностных колебаний акустических излучателей, таких как ультразвуковые преобразователи . [12] Прямое распространение сигнала можно использовать для прогнозирования влияния неоднородных, нелинейных сред на характеристики акустического преобразователя. [13]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Цифровая обработка изображений , 2-е издание 1982 г., Азриэль Розенфельд, Авинаш К. Как, ISBN 0-12-597302-0 , Academic Press, Inc.
- ^ Линейные системы, преобразования Фурье и оптика (серия Уайли по чистой и прикладной оптике) Джек Д. Гаскилл
- ^ Введение в оптику Фурье , Джозеф В. Гудман.
- ^ Подход углового спектра, Роберт Дж. Макгоф
- ^ Вааг, RC; Кэмпбелл, Дж.А.; Риддер, Дж.; Месдаг, PR (1985). «Измерения поперечного сечения и экстраполяция ультразвуковых полей». Транзакции IEEE по звуку и ультразвуку . Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE). 32 (1): 26–35. Бибкод : 1985ITSU...32...26W. дои :10.1109/t-su.1985.31566. ISSN 0018-9537.
- ^ Степанишен, Питер Р.; Бенджамин, Ким К. (1982). «Прямая и обратная проекция акустических полей с использованием методов БПФ». Журнал Акустического общества Америки . Акустическое общество Америки (ASA). 71 (4): 803–812. Бибкод : 1982ASAJ...71..803S. дои : 10.1121/1.387606. ISSN 0001-4966.
- ^ Веккьо, Кристофер Дж.; Левин, Питер А. (1994). «Моделирование распространения звука конечной амплитуды с использованием метода расширенного углового спектра». Журнал Акустического общества Америки . Акустическое общество Америки (ASA). 95 (5): 2399–2408. Бибкод : 1994ASAJ...95.2399V. дои : 10.1121/1.409849. ISSN 0001-4966.
- ^ Веккьо, Крис; Левин, Питер А. (1992). Моделирование распространения акустики с использованием метода расширенного углового спектра . 14-я ежегодная международная конференция Общества инженерии в медицине и биологии IEEE. IEEE. дои : 10.1109/iembs.1992.5762211. ISBN 0-7803-0785-2.
- ^ Кристофер, П. Тед; Паркер, Кевин Дж. (1991). «Новые подходы к распространению нелинейного дифракционного поля». Журнал Акустического общества Америки . Акустическое общество Америки (ASA). 90 (1): 488–499. Бибкод : 1991ASAJ...90..488C. дои : 10.1121/1.401274. ISSN 0001-4966. ПМИД 1880298.
- ^ Земп, Роджер Дж.; Тавакколи, Джахангир; Кобболд, Ричард СК (2003). «Моделирование нелинейного распространения ультразвука в тканях от матричных преобразователей». Журнал Акустического общества Америки . Акустическое общество Америки (ASA). 113 (1): 139–152. Бибкод : 2003ASAJ..113..139Z. дои : 10.1121/1.1528926. ISSN 0001-4966. ПМИД 12558254.
- ^ Веккьо, Кристофер Джон (1992). Моделирование распространения акустики с конечной амплитудой с использованием метода расширенного углового спектра (доктор философии). Авторефераты диссертаций. Бибкод :1992PhDT........59В.
- ^ Шафер, Марк Э.; Левин, Питер А. (1989). «Характеристика преобразователя с использованием метода углового спектра». Журнал Акустического общества Америки . Акустическое общество Америки (ASA). 85 (5): 2202–2214. Бибкод : 1989ASAJ...85.2202S. дои : 10.1121/1.397869 . ISSN 0001-4966.
- ^ Веккьо, Кристофер Дж.; Шафер, Марк Э.; Левин, Питер А. (1994). «Прогнозирование распространения ультразвукового поля через слоистые среды с использованием метода расширенного углового спектра». Ультразвук в медицине и биологии . Эльзевир Б.В. 20 (7): 611–622. дои : 10.1016/0301-5629(94)90109-0. ISSN 0301-5629. ПМИД 7810021.