Accessible Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag February 24, 2017

Time reversal ultrasound focusing through multimode waveguides

Ultraschall-Fokussierung durch Multimode-Wellenleiter mittels Zeitumkehrtechnik
David Dawidowski, Richard Nauber, Lars Büttner and Jürgen Czarske
From the journal tm - Technisches Messen

Abstract

Ultrasound imaging in harsh environments, such as the continuous steel casting process, benefits from a spatial separation of sensors and measuring volume to avoid damaging e.g. because of high temperatures. This can be achieved through acoustical multimode waveguides. To focus ultrasound in the measuring volume despite the complex sound propagation, we propose using the time reversal technique. We present numerical simulations and experiments using the phased array ultrasound Doppler velocimeter to focus through a water filled waveguide with a 64 element array. A resolution in the millimetre range is achieved for a 68 mm long waveguide.

Zusammenfassung

Für bildgebende Ultraschallmesstechniken in harschen Messumgebungen ist es von Vorteil, Messinstrumente und Messumgebungen räumlich zu trennen. Hierdurch werden Beschädigungen an den Messinstrumenten vermieden, die z. B. bei hohen Temperaturen auftreten würden. Für die räumliche Trennung können akustische Multimode-Wellenleiter eingesetzt werden. Um Ultraschall durch Multimode-Wellenleiter in das Messvolumen zu führen und dort trotz der komplexen Ausbreitungsmoden zu fokussieren, schlagen wir die Verwendung der Zeitumkehrtechnik vor. Wir präsentieren das Phased Array Ultraschall Doppler Velozimeter sowie dessen Verwendung in numerischen Simulationen und Experimenten. Hierbei wird Ultraschall mit einem 64 Elemente Array durch einen wassergefüllten Wellenleiter fokussiert. Für einen 68 mm langen Wellenleiter wird eine Auflösung im Millimeter Bereich erzielt.

Acknowledgement

We thank Kevin Mäder and Hannes Beyer for their indispensable work on the modular phased array system technique. Partial funding by the German Research Foundation (DFG, grand BU 2241/2-1) is gratefully acknowledged.

Received: 2016-11-24
Revised: 2017-2-5
Accepted: 2017-2-5
Published Online: 2017-2-24
Published in Print: 2017-9-26

©2017 Walter de Gruyter Berlin/Boston