一种聚焦声场中声偏振方向的控制方法

摘要

本发明涉及一种聚焦声场中声偏振方向的控制方法，该方法包括由超声换能器各阵元向待检区域的各预设焦点依次发射两个脉冲；利用第一个脉冲激发的横波，以及第二个脉冲激发的纵波，控制两个脉冲发射的时间间隔，使所述横波和纵波同时到达焦点处；通过控制所述超声换能器各阵元发射的第一个脉冲和第二个脉冲的幅度比，改变第一个脉冲激发的横波在预设焦点处的偏振向量幅度与所述超声换能器各阵元第二个脉冲激发的纵波在预设焦点处的偏振向量幅度之间的比值，进而改变由所述焦点处声场的两个不同偏振向量合成的预设焦点处声场的总偏振向量的方向。本发明通过控制焦点处声场偏振方向的手段，对缺陷的类型检测和方向识别非常有利，具有十分重要的意义和应用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及超声检测和成像领域，尤其涉及一种聚焦声场中声偏振方向的控制方法。

背景技术

目前的超声成像检测中，还没有任何关于聚焦声束的声偏振方向控制方法和技术。主要是因为目前的成像设备和仪器，都只考虑一种波型，对于某种波型(如纵波或者横波)，其声偏振方向都是确定的，因而无法去改变聚焦声束的声偏振方向。

同时，目前的超声成像检测中，对缺陷的类型和方向识别是非常困难的，本发明的实施，通过控制焦点处声场偏振方向的手段，对缺陷的类型检测和方向识别非常有利，具有十分重要的意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的,是针对超声检测与成像领域提出的一种关于控制聚焦声场声偏振方向的新方法，该方法为缺陷类型和方向的检测提供了一种非常有利的技术方案，对目前的超声成像检测具有重要的意义和应用背景。

为实现上述目的，本发明提供了一种聚焦声场中声偏振方向的控制方法，该方法包括：

由超声换能器各阵元向待检区域的各预设焦点依次发射两个脉冲；利用第一个脉冲激发的横波，以及第二个脉冲激发的纵波，控制两个脉冲发射的时间间隔，使所述横波和纵波同时到达焦点处；通过控制所述超声换能器各阵元发射的第一个脉冲和第二个脉冲的幅度比，改变第一个脉冲激发的横波在预设焦点处的偏振向量幅度与所述超声换能器各阵元第二个脉冲激发的纵波在预设焦点处的偏振向量幅度之间的比值，进而改变由所述焦点处声场的两个不同偏振向量合成的预设焦点处声场的总偏振向量的方向。

优选地，上述声偏振向量方向的控制方法步骤包括，由超声换能器各阵元向待检区域的各预设焦点P依次发射两个脉冲A₁和A₂，利用第一个脉冲激发的横波以及第二个脉冲激发的纵波通过控制超声换能器各阵元向预设焦点P发射两个脉冲之间的时间差使得所述第一个脉冲A₁激发的横波和所述第二个脉冲A₂激发的纵波同时到达预设焦点P，假设换能器阵元i与焦点P之间的距离为r_i，介质中纵波和横波的速度分别为c_p和c_s，则两个脉冲之间的时间差为：接着，控制超声换能器各阵元i(i∈[1,N])发射的第一个脉冲A_i，1的时间延迟使得换能器各阵元i(i∈[1,N])发射的第一个脉冲A_i，1激发的横波同时到达预设焦点P，换能器阵元i(i∈[1,N])发射第一个脉冲的时间延迟的计算公式为：其中r₁为第1个阵元与焦点P之间的距离。

优选地，声源激发脉冲振幅和声波振幅之间具有一定的关系，多波聚焦后，在焦点处，控制换能器各阵元激励两个脉冲的幅度比，来改变焦点处纵波和横波的偏振向量的幅度比。

优选地，各阵元发射的第一个脉冲和第二个脉冲的幅度比与预设焦点处声场的总偏振向量的方向可表示为：其中，θ为焦点处声场总偏振向量方向与纵波偏振向量方向的夹角，为第一个脉冲激发的横波，为第二个脉冲激发的纵波，α_p为固体介质中纵波的激发响应函数，α_s为固体介质中横波的激发响应函数，A₁为第一个脉冲幅度，A₂第二个脉冲幅度。

优选地，预设焦点处的总偏振向量方向是由所述超声换能器各阵元第一个脉冲激发的横波在预设焦点处的偏振向量与所述超声换能器各阵元第二个脉冲激发的纵波在预设焦点处的偏振向量经过矢量合成获得。

本发明提供的一种聚焦声场中声偏振方向的控制方法，通过控制焦点处声场偏振方向的手段，对缺陷的类型检测和方向识别非常有利，对目前的超声成像检测具有十分重要的意义和应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种聚焦声场中声偏振方向的控制方法流程示意图；

图2为图1所示方法中控制某个阵元多波聚焦示意图；

图3为图1所示方法中控制多个阵元多波聚焦示意图；

图4为图1所示方法中声偏振方向矢量合成示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本发明实施例提供的一种聚焦声场中声偏振方向的控制方法流程示意图。如图1所示，该聚焦声场中声偏振方向的控制方法包括步骤S101-S102：

步骤S101，由超声换能器各阵元向待检区域的各预设焦点依次发射两个脉冲；利用第一个脉冲激发的横波，以及第二个脉冲激发的纵波，控制两个脉冲发射的时间间隔，使所述横波和纵波同时到达焦点处。

具体地，由超声换能器各阵元向待检区域的各预设焦点依次发射两个脉冲；利用第一个脉冲激发的横波，以及第二个脉冲激发的纵波；通过控制超声换能器各阵元向预设焦点发射两个脉冲之间的时间差，使得第一个脉冲激发的横波和第二个脉冲激发的纵波同时到达预设焦点；以及控制超声换能器各阵元发射的第一个脉冲的时间延迟，使得超声换能器各阵元发射的第一个脉冲激发的横波同时到达预设焦点。

在一个例子中，如图2所示，超声换能器某阵元i发射的第一个脉冲A₁产生的横波和第二个脉冲A₂产生的纵波同时到达焦点P，超声换能器某阵元i与聚焦点P之间的距离为r_i，介质中的纵波和横波速度分别为c_p和c_s，两个脉冲之间的时间差的计算公式为：上述例子说明通过控制超声换能器各阵元向预设焦点发射两个脉冲之间的时间差，使得第一个脉冲激发的横波和第二个脉冲激发的纵波同时到达预设焦点。

在另一个例子中，如图3所示，通过阵列方式排列的超声换能器的所有阵元i(i∈[1,N])发射第一个脉冲A_i,1的时间延迟为所有阵元发射的第一个脉冲A_i,1所激发的横波同时到达焦点P，换能器阵元i发射第一个脉冲的时间延迟的计算公式为：其中r₁为第1个阵元与焦点P之间的距离。上述例子说明控制超声换能器各阵元发射的第一个脉冲的时间延迟，使得超声换能器各阵元发射的第一个脉冲激发的横波同时到达预设焦点。

多波聚焦后，在焦点处，控制超声换能器各阵元激励两个脉冲的幅度比，来改变焦点处纵波和横波的幅度比。各阵元发射的第一个脉冲和第二个脉冲的幅度比与预设焦点处声场的总偏振向量的方向可表示为：其中，θ为焦点处声场总偏振向量方向与纵波偏振向量方向的夹角，为第一个脉冲激发的横波，为第二个脉冲激发的纵波，α_p为固体介质中纵波的响应函数，α_s为固体介质中横波的激发响应函数，A₁为第一个脉冲幅度，A₂第二个脉冲幅度。

步骤S102，通过控制所述超声换能器各阵元发射的第一个脉冲和第二个脉冲的幅度比，改变第一个脉冲激发的横波在预设焦点处的偏振向量幅度与所述超声换能器各阵元第二个脉冲激发的纵波在预设焦点处的偏振向量幅度之间的比值，进而改变由所述焦点处声场的两个不同偏振向量合成的预设焦点处声场的总偏振向量的方向。

在一个例子中，如图4所示，对于某一确定阵元，其所激励产生的纵波和横波在焦点处的传播方向和偏振方向是确定的，而且纵波与横波的偏振方向(u_p和u_s)是相互正交的，二者经过矢量合成，形成焦点处的总偏振方向(u)，这个总偏振方向u取决于纵波和横波的偏振向量的幅度比，θ表示焦点处声场总偏振方向与纵波偏振方向的夹角。

本发明实施例提供的一种聚焦声场中声偏振方向的控制方法，通过控制焦点处声场偏振方向的手段，对缺陷的类型检测和方向识别非常有利，对目前的超声成像检测具有十分重要的意义和应用价值。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。