基于等效流体模型的莲藕超声波探测技术研究

来源：中国农机化学报杂志2020年第5期北京时间：

作者：王计划;王艾伦;杨诚;蔡金;蒋斌;

单位：中南大学高性能复杂制造国家重点实验室;中南大学轻合金研究院;中南大学机电工程学院;

摘要：针对以超声技术为核心的莲藕探测综合性问题,提出基于等效流体模型的非饱和多孔介质声场计算方法。通过对超声波在多层介质中传播特性的研究,初步得到探测角度和频率对探测结果影响的规律,进一步利用COMSOL Multiphysics软件建立一种"水—泥土—莲藕—空气"声场仿真模型进行研究,并通过自主开发的基于单片机控制的莲藕超声探测设备进行实验验证。结果表明,仿真与试验结果一致,即回波电压随着入射角度的增加而减小,但入射角度在小角度范围内变化时,衰减率较小,因此最佳入射角为0°～10°;在低频段(300～600 kHz),回波电压最为明显,探测效果最佳;改变多孔介质土体参数,得出反射回波电压与土体骨架密度和土体饱和度成正相关的关系。

关键词：超声探测;莲藕;多孔介质;多层介质;入射角;土体参数

基金资助：湖南省重点研发计划项目(2018NK2062)