22 - Inverse scattering and acoustic resonance spectroscopy

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Pour citer ce document :
URI: http://hdl.handle.net/2042/2356
Title: 22 - Inverse scattering and acoustic resonance spectroscopy
Author: ÜBERALL, H.
Abstract: Echoes of acoustic or elastic waves scattered from a target carry within them the resonance features caused by the excitation of the eigenvibrations of the target. By means of a suitable background subtraction it is possible to isolate the target's spectrum of resonances . This spectrum characterizes the target just as an optical spectrum characterizes the chemical element or compound that emits it . Extracting the resonance information from the echo allows the possibility of identifying the target as to its size, shape, and composition . This is illustrated by studying the dependence of the resonance spectra of fluid targets upon changes of target shape, including variations front spheres to prolate spheroids and finite-length cylinders. The resulting "acoustic resonance spectroscopy" (a concept introduced by Derem) generates the same type of level scheme as in optics, and it may thus be used for solving some aspects of the "inverse scattering problem" (i . e., the problem of identification of the nature of the target from the returned echoes) . A study along these lines shows that the eigenfrequencies of fluid-filled cavities in a solid medium (obtained by us in the complex frequency plane) are tied to resonance features in the scattering amplitude which can be analyzed to provide the material parameters (density and sound speed) of the fluid filler : the resonance spacing giving the sound speed, and the resonance widths the fluid density-hence leading to a solution of the inverse scattering problem in this case.
Description: Les échos d'ondes acoustiques ou élastiques diffusés par une cible portent en eux des effets de résonances causés par l'excitation des vibrations propres de la cible. Par le moyen d'une soustraction appropriée du fond, il est possible d'isoler le spectre des résonances de la cible . Un tel spectre caractérise la cible autant qu'un spectre optique caractérise l'élément ou le composé chimique émetteur de ce spectre . L'extraction des échos de l'information sur les résonances offre la possibilité d'identifier la cible, par sa grandeur, sa forme, et sa composition . Nous illustrons cela en étudiant la dépendance des spectres de résonances de cibles fluides en changeant la forme de la cible, ceci inclus les variations entre une sphère et un sphéroïde oblong, ou un cylindre de longueur finie. Le concept de « spectroscopie acoustique des résonances » (concept introduit par Derem) a comme base le même type de schéma de niveaux que l'on trouve en optique, et il peut alors être utilisé pour résoudre en quelque sorte le « problème inverse » (c'est-àdire l'identification de la nature de la cible en étudiant les échos) . Une telle étude montre que les fréquences propres des cavités dans un milieu solide remplies d'un fluide (obtenues ici dans le plan complexe) sont liées aux effets de résonances dans l'amplitude du signal diffusé, qui peuvent être analysées afin de fournir les paramètres physiques du fluide ; l'espacement des résonances donnant la vitesse du son, la largeur des résonances donnant la densité du fluide, menant ainsi à la solution du problème inverse dans ce cas .
Subject: Acoustic resonance spectroscopy, inverse scattering, eigenvibration, target; Spectroscopie des résonances acoustiques, diffusion inverse, vibrations propres, cible
Publisher: GRETSI, Saint Martin d'Hères, France
Date: 1985

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