本發(fā)明涉及超聲檢測與成像領(lǐng)域，尤其是一種控制聲場中聲偏振方向的方法。

背景技術(shù)：

目前的超聲成像檢測中，還沒有任何關(guān)于聚焦聲束的聲偏振方向控制方法和技術(shù)。主要是因為目前的成像設(shè)備和儀器，都只考慮一種波型，對于某種波型(如縱波或者橫波)，其聲偏振方向都是確定的，因而無法去改變聚焦聲束的聲偏振方向。

然而，在固體介質(zhì)中，存在縱波和橫波等多種波型的傳播，每一種波型都有不同的偏振方向。如果我們采用多波聚焦手段，使具有不同方向偏振的縱波和橫波在焦點處實現(xiàn)聚焦，在焦點處，縱波和橫波將疊加形成一個新的偏振方向，如果進(jìn)一步控制相關(guān)技術(shù)參數(shù)，我們就可將焦點處的聲偏振方向控制在預(yù)定的方向上。目前的超聲成像檢測技術(shù)，只限于介質(zhì)中存在縱波和橫波的情況，對缺陷的類型和方向識別是非常困難的。如果介質(zhì)中導(dǎo)波或者存在兩種波型以上時，現(xiàn)有技術(shù)將不適用，

本技術(shù)：
針對存在導(dǎo)波或存在兩種波型以上的情況提出的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有超聲成像檢測技術(shù)存在上述不足，提供一種控制聲場中聲偏振方向的方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種控制聲場中聲偏振方向的方法。該方法包括：

由具有n個陣元的超聲換能器陣列、預(yù)設(shè)聚焦的位置以及在預(yù)設(shè)焦點處的預(yù)設(shè)方向，通過數(shù)值仿真法計算得到超聲換能器陣列各陣元需要加載的激勵信號；將需要加載的激勵信號加載在超聲換能器陣列各陣元上進(jìn)行激勵，得到在預(yù)設(shè)焦點處聚焦的聲場，預(yù)設(shè)焦點處聲場沿著預(yù)設(shè)方向偏振；通過改變預(yù)設(shè)焦點處的預(yù)設(shè)方向，重新計算得到對應(yīng)的超聲換能器陣列各陣元需要加載的激勵信號,并將對應(yīng)的需要加載的激勵信號加載在超聲換能器陣列各陣元上，進(jìn)而控制預(yù)設(shè)焦點處的聲場中聲偏振方向。

優(yōu)選的，在預(yù)設(shè)焦點處假設(shè)有一個沿預(yù)設(shè)方向振動的聲源，通過數(shù)值計算得到超聲換能器陣列各陣元位置處的聲波信號，將超聲換能器陣列中第i個陣元位置處的聲波信號記為si(t)，其中i＝1,2,……,n；對這個聲波信號si(t)進(jìn)行時間反轉(zhuǎn)處理，得到反序時間信號si(t-t)，其中t為時間反轉(zhuǎn)處理中固定的常數(shù)；這個反序時間信號si(t-t)即為超聲換能器陣列各陣元需要加載的激勵信號。

優(yōu)選的，反序時間信號si(t-t)中的反序時間(t-t)大于零。

本發(fā)明針對超聲檢測與成像技術(shù)提出的一種控制聲場中聲偏振方向的方法，該方法在存在縱波、橫波和導(dǎo)波的情況下可控制焦點處聲場的偏振方向，可將焦點處聲場方向控制在任意的預(yù)設(shè)方向上,對目前的超聲成像檢測具有重要意義和應(yīng)用背景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種控制聲場中聲偏振方向的方法流程示意圖；

圖2為圖1所示方法中聲偏振方向控制示意圖。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

圖1為本發(fā)明實施提供的一種控制聲場中聲偏振方向的方法流程示意圖。如圖1所示，控制聲場中聲偏振方向的方法包括步驟s101-s103：

步驟s101，由具有n個陣元的超聲換能器陣列、預(yù)設(shè)焦點的位置以及預(yù)設(shè)焦點處的預(yù)設(shè)方向，通過數(shù)值仿真法計算得到超聲換能器陣列各陣元需要加載的激勵信號,具體計算過程如下:

在所述預(yù)設(shè)焦點處,假設(shè)有一個沿所述預(yù)設(shè)方向振動的聲源發(fā)射聲脈沖，這時通過數(shù)值計算得到超聲換能器陣列各陣元位置處的聲波信號，將超聲換能器陣列中第i個陣元位置處的聲波信號記為si(t)，其中i＝1,2,……,n；對這個聲波信號si(t)進(jìn)行時間反轉(zhuǎn)處理，得到反序時間信號si(t-t)，其中t為時間反轉(zhuǎn)處理中固定的常數(shù)；所述反序時間信號si(t-t)即為超聲換能器陣列各陣元需要加載的激勵信號。

具體地，反序時間信號si(t-t)中的反序時間(t-t)大于零。

步驟s102,將需要加載的激勵信號加載在超聲換能器陣列各陣元上進(jìn)行激勵，得到在預(yù)設(shè)焦點處聚焦的聲場，以及在預(yù)設(shè)焦點處聲場沿著預(yù)設(shè)方向偏振。

步驟s103，通過改變預(yù)設(shè)焦點處的預(yù)設(shè)方向，重新計算得到對應(yīng)的超聲換能器陣列各陣元需要加載的激勵信號,并將對應(yīng)的需要加載的激勵信號加載在超聲換能器陣列各陣元上，進(jìn)而控制預(yù)設(shè)焦點處的聲場中聲偏振方向。

圖2為圖1所示方法中聲偏振方向控制示意圖。如圖2所示，一個具有n個陣元的超聲換能器陣列，位于固體介質(zhì)表面b處，用于發(fā)射聲波，a點為預(yù)設(shè)焦點位置，本申請實施例的目的是要將焦點處聲場的聲偏振方向控制在任意的預(yù)設(shè)方向p上。采用聲波時間反轉(zhuǎn)法計算并得到超聲換能器陣列各陣元需要激勵的信號。

首先，假設(shè)在預(yù)設(shè)焦點a處有一個假想聲源，該假想聲源是沿方向p振動的聲源。假設(shè)該假想聲源發(fā)射一個脈沖信號，根據(jù)固體介質(zhì)中的聲傳播理論，可以嚴(yán)格計算出固體表面上超聲換能器陣列各陣元位置處的聲波信號，將第i個陣元位置處的聲波信號用si(t)表示(i＝1,2,……,n)。將該信號si(t)進(jìn)行時間反轉(zhuǎn)處理得到反序時間信號si(t-t)，其中t為時間反轉(zhuǎn)處理中固定的常數(shù)，并且反序時間信號si(t-t)中的反序時間(t-t)均大于零。

其次，將反序時間信號si(t-t)加載在超聲換能器陣列各對應(yīng)陣元上進(jìn)行激勵，根據(jù)時間反轉(zhuǎn)法原理，這時聲場一定聚焦在焦點a處(即假想聲源處)，且焦點處的聲場中聲偏振的方向一定沿著方向p。

然后，通過改變預(yù)設(shè)焦點處的預(yù)設(shè)方向，重新計算得到超聲換能器陣列各陣元需要加載的激勵信號，將重新計算得到的激勵信號加載在超聲換能器陣列各陣元上進(jìn)行激勵，得到預(yù)設(shè)焦點處的聲場沿著新的預(yù)設(shè)方向偏振。從而通過改變預(yù)設(shè)焦點處的預(yù)設(shè)方向，得到不同的超聲換能器陣列各陣元需要激勵的信號,將對應(yīng)的需要加載的激勵信號加載在所述超聲換能器陣列各陣元上，進(jìn)而控制預(yù)設(shè)焦點處的聲場中聲偏振方向。

本發(fā)明實施例針對超聲檢測與成像領(lǐng)域提出的一種控制聲場中聲偏振方向，在存在縱波、橫波和導(dǎo)波的情況下控制聲場焦點的偏振方向，對目前的超聲成像檢測具有重要意義和應(yīng)用背景。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該還可以進(jìn)一步意識到，結(jié)合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計算機軟件或者二者的結(jié)合來實現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)軌道，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計約束條件。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以對每個特定的應(yīng)用來使用不同方法來實現(xiàn)所描述的功能，但是這種實現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本申請的范圍。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種控制聲場中聲偏振方向的方法，包括：由具有N個陣元的超聲換能器陣列、預(yù)設(shè)焦點位置以及在預(yù)設(shè)焦點處的預(yù)設(shè)方向，通過數(shù)值仿真法計算得到超聲換能器陣列各陣元需要加載的激勵信號；將需要加載的激勵信號加載在超聲換能器陣列各陣元上進(jìn)行激勵，得到在預(yù)設(shè)焦點處聚焦的聲場，聲場沿著預(yù)設(shè)方向偏振；通過改變預(yù)設(shè)焦點處的預(yù)設(shè)方向，重新計算得到對應(yīng)的超聲換能器陣列各陣元需要加載的激勵信號,并將對應(yīng)的需要加載的激勵信號加載在超聲換能器陣列各陣元上，進(jìn)而控制預(yù)設(shè)焦點處的聲場中聲偏振方向。本發(fā)明在存在縱波、橫波和導(dǎo)波的情況下可控制焦點處的聲場偏振方向，對目前的超聲成像檢測具有重要意義和應(yīng)用背景。

技術(shù)研發(fā)人員：閻守國;黃娟;張碧星
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院聲學(xué)研究所
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.09
技術(shù)公布日：2017.11.07