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

背景技術(shù)：

目前的超聲成像檢測(cè)中，還沒(méi)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?yàn)槟壳暗某上裨O(shè)備和儀器，都只考慮一種波型，對(duì)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(wú)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(diǎn)處實(shí)現(xiàn)聚焦，在焦點(diǎn)處，縱波和橫波將疊加形成一個(gè)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(diǎn)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(cè)技術(shù)，只限于介質(zhì)中存在縱波和橫波的情況，對(duì)缺陷的類型和方向識(shí)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(shí)，現(xiàn)有技術(shù)將不適用，

本技術(shù)：
針對(duì)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(shí)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(cè)技術(shù)存在上述不足，提供一種控制聲場(chǎng)中聲偏振方向的方法。

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

由具有n個(gè)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(diǎn)處的預(yù)設(shè)方向，通過(guò)數(shù)值仿真法計(jì)算得到超聲換能器陣列各陣元需要加載的激勵(lì)信號(hào)；將需要加載的激勵(lì)信號(hào)加載在超聲換能器陣列各陣元上進(jìn)行激勵(lì)，得到在預(yù)設(shè)焦點(diǎn)處聚焦的聲場(chǎng)，預(yù)設(shè)焦點(diǎn)處聲場(chǎng)沿著預(yù)設(shè)方向偏振；通過(guò)改變預(yù)設(shè)焦點(diǎn)處的預(yù)設(shè)方向，重新計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的超聲換能器陣列各陣元需要加載的激勵(lì)信號(hào),并將對(duì)應(yīng)的需要加載的激勵(lì)信號(hào)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(diǎn)處的聲場(chǎng)中聲偏振方向。

優(yōu)選的，在預(yù)設(shè)焦點(diǎn)處假設(shè)有一個(gè)沿預(yù)設(shè)方向振動(dòng)的聲源，通過(guò)數(shù)值計(jì)算得到超聲換能器陣列各陣元位置處的聲波信號(hào)，將超聲換能器陣列中第i個(gè)陣元位置處的聲波信號(hào)記為si(t)，其中i＝1,2,……,n；對(duì)這個(gè)聲波信號(hào)si(t)進(jìn)行時(shí)間反轉(zhuǎn)處理，得到反序時(shí)間信號(hào)si(t-t)，其中t為時(shí)間反轉(zhuǎn)處理中固定的常數(shù)；這個(gè)反序時(shí)間信號(hào)si(t-t)即為超聲換能器陣列各陣元需要加載的激勵(lì)信號(hào)。

優(yōu)選的，反序時(shí)間信號(hào)si(t-t)中的反序時(shí)間(t-t)大于零。

本發(fā)明針對(duì)超聲檢測(cè)與成像技術(shù)提出的一種控制聲場(chǎng)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(diǎn)處聲場(chǎng)的偏振方向，可將焦點(diǎn)處聲場(chǎng)方向控制在任意的預(yù)設(shè)方向上,對(duì)目前的超聲成像檢測(cè)具有重要意義和應(yīng)用背景。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種控制聲場(chǎng)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(shí)施方式

下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)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(shí)施提供的一種控制聲場(chǎng)中聲偏振方向的方法流程示意圖。如圖1所示，控制聲場(chǎng)中聲偏振方向的方法包括步驟s101-s103：

步驟s101，由具有n個(gè)陣元的超聲換能器陣列、預(yù)設(shè)焦點(diǎn)的位置以及預(yù)設(shè)焦點(diǎn)處的預(yù)設(shè)方向，通過(guò)數(shù)值仿真法計(jì)算得到超聲換能器陣列各陣元需要加載的激勵(lì)信號(hào),具體計(jì)算過(guò)程如下:

在所述預(yù)設(shè)焦點(diǎn)處,假設(shè)有一個(gè)沿所述預(yù)設(shè)方向振動(dòng)的聲源發(fā)射聲脈沖，這時(shí)通過(guò)數(shù)值計(jì)算得到超聲換能器陣列各陣元位置處的聲波信號(hào)，將超聲換能器陣列中第i個(gè)陣元位置處的聲波信號(hào)記為si(t)，其中i＝1,2,……,n；對(duì)這個(gè)聲波信號(hào)si(t)進(jìn)行時(shí)間反轉(zhuǎn)處理，得到反序時(shí)間信號(hào)si(t-t)，其中t為時(shí)間反轉(zhuǎn)處理中固定的常數(shù)；所述反序時(shí)間信號(hào)si(t-t)即為超聲換能器陣列各陣元需要加載的激勵(lì)信號(hào)。

具體地，反序時(shí)間信號(hào)si(t-t)中的反序時(shí)間(t-t)大于零。

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

步驟s103，通過(guò)改變預(yù)設(shè)焦點(diǎn)處的預(yù)設(shè)方向，重新計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的超聲換能器陣列各陣元需要加載的激勵(lì)信號(hào),并將對(duì)應(yīng)的需要加載的激勵(lì)信號(hào)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(diǎn)處的聲場(chǎng)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(gè)具有n個(gè)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(diǎn)為預(yù)設(shè)焦點(diǎn)位置，本申請(qǐng)實(shí)施例的目的是要將焦點(diǎn)處聲場(chǎng)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(shí)間反轉(zhuǎn)法計(jì)算并得到超聲換能器陣列各陣元需要激勵(lì)的信號(hào)。

首先，假設(shè)在預(yù)設(shè)焦點(diǎn)a處有一個(gè)假想聲源，該假想聲源是沿方向p振動(dòng)的聲源。假設(shè)該假想聲源發(fā)射一個(gè)脈沖信號(hào)，根據(jù)固體介質(zhì)中的聲傳播理論，可以嚴(yán)格計(jì)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(hào)，將第i個(gè)陣元位置處的聲波信號(hào)用si(t)表示(i＝1,2,……,n)。將該信號(hào)si(t)進(jìn)行時(shí)間反轉(zhuǎn)處理得到反序時(shí)間信號(hào)si(t-t)，其中t為時(shí)間反轉(zhuǎn)處理中固定的常數(shù)，并且反序時(shí)間信號(hào)si(t-t)中的反序時(shí)間(t-t)均大于零。

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

然后，通過(guò)改變預(yù)設(shè)焦點(diǎn)處的預(yù)設(shè)方向，重新計(jì)算得到超聲換能器陣列各陣元需要加載的激勵(lì)信號(hào)，將重新計(jì)算得到的激勵(lì)信號(hào)加載在超聲換能器陣列各陣元上進(jìn)行激勵(lì)，得到預(yù)設(shè)焦點(diǎn)處的聲場(chǎng)沿著新的預(yù)設(shè)方向偏振。從而通過(guò)改變預(yù)設(shè)焦點(diǎn)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(lì)的信號(hào),將對(duì)應(yīng)的需要加載的激勵(lì)信號(hào)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(diǎn)處的聲場(chǎng)中聲偏振方向。

本發(fā)明實(shí)施例針對(duì)超聲檢測(cè)與成像領(lǐng)域提出的一種控制聲場(chǎng)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(chǎng)焦點(diǎn)的偏振方向，對(duì)目前的超聲成像檢測(cè)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(shí)到，結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說(shuō)明硬件和軟件的可互換性，在上述說(shuō)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(lái)執(zhí)軌道，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計(jì)約束條件。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用來(lái)使用不同方法來(lái)實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本申請(qǐng)的范圍。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)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(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)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(chǎng)中聲偏振方向的方法，包括：由具有N個(gè)陣元的超聲換能器陣列、預(yù)設(shè)焦點(diǎn)位置以及在預(yù)設(shè)焦點(diǎn)處的預(yù)設(shè)方向，通過(guò)數(shù)值仿真法計(jì)算得到超聲換能器陣列各陣元需要加載的激勵(lì)信號(hào)；將需要加載的激勵(lì)信號(hào)加載在超聲換能器陣列各陣元上進(jìn)行激勵(lì)，得到在預(yù)設(shè)焦點(diǎn)處聚焦的聲場(chǎng)，聲場(chǎng)沿著預(yù)設(shè)方向偏振；通過(guò)改變預(yù)設(shè)焦點(diǎn)處的預(yù)設(shè)方向，重新計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的超聲換能器陣列各陣元需要加載的激勵(lì)信號(hào),并將對(duì)應(yīng)的需要加載的激勵(lì)信號(hào)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(diǎn)處的聲場(chǎng)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(diǎn)處的聲場(chǎng)偏振方向，對(duì)目前的超聲成像檢測(cè)具有重要意義和應(yīng)用背景。

技術(shù)研發(fā)人員：閻守國(guó);黃娟;張碧星
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)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