Diffraksjonseffektar i ultralyd-målesystem

Diffraksjonseffektar er viktige i mange ulike applikasjonar av akustiske målesystem der det blir stilt krav til høg målenøyaktigheit. Dette inkluderer mellom anna måling av lydfart og absorpsjon i gassar, væsker og faste stoff; fiskal måling for kjøp og sal av olje og naturgass og energimåling av gass. For å beskrive og kompensere for slike effektar blir det brukt diffraksjonskorreksjon for fasen og amplituden av det målte ultralydsignalet.  Tradisjonelt er slik diffraksjonskorreksjon basert på ein matematisk modell for lydfeltet. Denne metoden, BPDC (“baffled piston diffraction correction) er ein sterkt forenkla modell.

Reelle ultralyd-sendarar og mottakarar (transdusarar) svingar ikkje som stempel. Vibrasjonane avheng av typen svingemode som blir brukt i transdusaren. Generelt er transdusarens svingemønster ikkje-uniformt, og front- og side-vibrasjonar bidreg alle i stor grad til lydfeltet og diffraksjonskorreksjonen. Ein meir korrekt og nøyaktig modell som varetek slike ikkje-uniforme effektar i reelle ultralydfelt, SFDC (“simplified finite-element diffraction correction“), er utvikla i forskingsgruppa der Storheims arbeid er utført.

I doktorgradsarbeidet blir nøyaktigheit for dei to modellane BPDC og SFDC undersøkt og samanlikna, gjennom avansert og nøyaktig matematisk-numerisk modellering og målingar, for eit ultralyd sender-mottakar-målesystem i luft. Ein detaljert analyse av lydfeltet, generert av sendar-elementet, er presentert. Resultata er brukt til å analysere, forklare og kartleggje oppførselen til diffraksjonskorreksjonen som funksjon av frekvens og avstand. Resultata viser mellom anna at det ved ei rekkje frekvensar og avstandar er signifikante effektar i lydfeltet frå slike sendarelement som den tradisjonelle diffraksjonsmodellen BPDC ikkje er i stand til å beskrive. Slike effektar i lydfeltet, og tilhøyrande avvik for BPDC, er forklart. Det er vist at desse effektane blir meir korrekt og nøyaktig beskrivne ved SFDC.

Personalia:

Espen Storheim er fødd i 1984 og oppvaksen på Radøy. Han fullførte mastergrad i akustikk ved Institutt for fysikk og teknologi, UiB, i 2009. Same år vart Storheim stipendiat same stad. Doktorgradsarbeidet er utført i samarbeid med Christian Michelsen Research AS (CMR) og FMC Technologies Ltd., finansiert av NFR og Statoil ASA, gjennom SFI Michelsensenteret. Rettleiarar har vore professor Per Lunde og førsteamanuensis Magne Vestrheim og sjefsforskar Kjell-Eivind Frøysa, CMR.