CN107085041A - 一种聚焦声场中声偏振方向的控制方法 - Google Patents

一种聚焦声场中声偏振方向的控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107085041A
CN107085041A CN201710206764.XA CN201710206764A CN107085041A CN 107085041 A CN107085041 A CN 107085041A CN 201710206764 A CN201710206764 A CN 201710206764A CN 107085041 A CN107085041 A CN 107085041A
Authority
CN
China
Prior art keywords
focal point
array element
pulsed
ultrasonic transducer
pulse
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710206764.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN107085041B (zh
Inventor
张碧星
阎守国
黄娟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Acoustics CAS
Original Assignee
Institute of Acoustics CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Acoustics CAS filed Critical Institute of Acoustics CAS
Priority to CN201710206764.XA priority Critical patent/CN107085041B/zh
Publication of CN107085041A publication Critical patent/CN107085041A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107085041B publication Critical patent/CN107085041B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/221—Arrangements for directing or focusing the acoustical waves
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Eye Examination Apparatus (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

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。

Description

一种聚焦声场中声偏振方向的控制方法
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ri，介质中纵波和横波的速度分别为cp和cs，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Ai，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Ai，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，αp为固体介质中纵波的激发响应函数，αs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ri，介质中的纵波和横波速度分别为cp和cs，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Ai,1的时间延迟为所有阵元发射的第一个脉冲Ai,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，αp为固体介质中纵波的响应函数，αs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(up和us)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。

Claims (5)

1.一种聚焦声场中声偏振方向的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
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。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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，αp为固体介质中纵波的响应函数，αs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。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述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。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下公式计算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：
其中，为两个脉冲之间的时间差，ri为换能器阵元i与焦点P之间的距离，cp和cs为介质中纵波和横波的速度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下公式计算超声换能器各阵元发射的第一个脉冲的时间延迟：
其中r1为第1个阵元与焦点P之间的距离，cs为介质中横波的速度。
CN201710206764.XA 2017-03-31 2017-03-31 一种聚焦声场中声偏振方向的控制方法 Active CN107085041B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710206764.XA CN107085041B (zh) 2017-03-31 2017-03-31 一种聚焦声场中声偏振方向的控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710206764.XA CN107085041B (zh) 2017-03-31 2017-03-31 一种聚焦声场中声偏振方向的控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107085041A true CN107085041A (zh) 2017-08-22
CN107085041B CN107085041B (zh) 2019-06-25

Family

ID=59614608

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710206764.XA Active CN107085041B (zh) 2017-03-31 2017-03-31 一种聚焦声场中声偏振方向的控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107085041B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108645916A (zh) * 2018-04-23 2018-10-12 中国科学院声学研究所 一种基于多波聚焦的质点偏振方向控制新方法
CN109781840A (zh) * 2018-12-29 2019-05-21 中国科学院声学研究所 一种固-液/液-固分层介质的目标定位方法
CN110794033A (zh) * 2019-11-13 2020-02-14 大连理工大学 一种精准控制声场幅值与偏振方向的多波聚焦方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102621223A (zh) * 2011-01-31 2012-08-01 中国科学院声学研究所 一种基于声波时间反转法的超声扫描与检测方法
JP2016114441A (ja) * 2014-12-15 2016-06-23 株式会社日立製作所 超音波探傷システム及び検査方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102621223A (zh) * 2011-01-31 2012-08-01 中国科学院声学研究所 一种基于声波时间反转法的超声扫描与检测方法
JP2016114441A (ja) * 2014-12-15 2016-06-23 株式会社日立製作所 超音波探傷システム及び検査方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108645916A (zh) * 2018-04-23 2018-10-12 中国科学院声学研究所 一种基于多波聚焦的质点偏振方向控制新方法
CN109781840A (zh) * 2018-12-29 2019-05-21 中国科学院声学研究所 一种固-液/液-固分层介质的目标定位方法
CN109781840B (zh) * 2018-12-29 2020-05-26 中国科学院声学研究所 一种固-液/液-固分层介质的目标定位方法
CN110794033A (zh) * 2019-11-13 2020-02-14 大连理工大学 一种精准控制声场幅值与偏振方向的多波聚焦方法
CN110794033B (zh) * 2019-11-13 2021-05-04 大连理工大学 一种精准控制声场幅值与偏振方向的多波聚焦方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107085041B (zh) 2019-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102621223B (zh) 一种基于声波时间反转法的超声扫描与检测方法
CN107085041B (zh) 一种聚焦声场中声偏振方向的控制方法
WO2016022187A2 (en) Time of flight range finding with an adaptive transmit pulse and adaptive receiver processing
CN106990172B (zh) 一种超声检测与成像方法及其系统
JP2004109129A5 (zh)
CN103837601B (zh) 一种宽带导波相控阵聚焦扫描方法及系统
US20210141071A1 (en) Video imaging using multi-ping sonar
CN108836384A (zh) 超声成像方法、装置及超声成像设备
US20120250454A1 (en) Method and system for shaping a cmut membrane
CN105319271A (zh) 一种横、纵波联合超声相控阵检测方法
JP2014528339A5 (zh)
Kudela et al. Comparison of Lamb wave focusing performance using wave dispersion-compensated actuation and plano-concave lenses
CN109142537A (zh) 一种质点偏振方向控制与扫描检测方法
Matte et al. Optimization of a phased-array transducer for multiple harmonic imaging in medical applications: frequency and topology
CN106725610A (zh) 基于移动声束相干激励剪切波的弹性测量方法及系统
Camarena et al. Nonlinear focal shift beyond the geometrical focus in moderately focused acoustic beams
GB2095951A (en) Transducers of improved resolution and systems for the transmission and reception of radiation
CN108645916B (zh) 一种基于多波聚焦的质点偏振方向控制新方法
CN107328863B (zh) 一种控制声场中声偏振方向的方法
CN112790785B (zh) 剪切波弹性成像方法及系统
He Optimization of acoustic emitted field of transducer array for ultrasound imaging
CN107144637B (zh) 一种识别裂纹方向的方法
Bjørnø Finite-amplitude waves
Ambrozinski et al. Self focusing of 2D arrays for SHM of plate-like structures using time reversal operator
Anderson et al. On the steering of sound energy through a supercritical plate by a near-field transducer array

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant