CN107328863B - 一种控制声场中声偏振方向的方法 - Google Patents

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Abstract

一种控制声场中声偏振方向的方法，包括：由具有N个阵元的超声换能器阵列、预设焦点位置以及在预设焦点处的预设方向，通过数值仿真法计算得到超声换能器阵列各阵元需要加载的激励信号；将需要加载的激励信号加载在超声换能器阵列各阵元上进行激励，得到在预设焦点处聚焦的声场，声场沿着预设方向偏振；通过改变预设焦点处的预设方向，重新计算得到对应的超声换能器阵列各阵元需要加载的激励信号,并将对应的需要加载的激励信号加载在超声换能器阵列各阵元上，进而控制预设焦点处的声场中声偏振方向。本发明在存在纵波、横波和导波的情况下可控制焦点处的声场偏振方向，对目前的超声成像检测具有重要意义和应用背景。

Description

一种控制声场中声偏振方向的方法
技术领域
本发明涉及超声检测与成像领域，尤其是一种控制声场中声偏振方向的方法。
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。
然而，在固体介质中，存在纵波和横波等多种波型的传播，每一种波型都有不同的偏振方向。如果我们采用多波聚焦手段，使具有不同方向偏振的纵波和横波在焦点处实现聚焦，在焦点处，纵波和横波将叠加形成一个新的偏振方向，如果进一步控制相关技术参数，我们就可将焦点处的声偏振方向控制在预定的方向上。目前的超声成像检测技术，只限于介质中存在纵波和横波的情况，对缺陷的类型和方向识别是非常困难的。如果介质中导波或者存在两种波型以上时，现有技术将不适用，本申请针对存在导波或存在两种波型以上的情况提出的解决方案。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有超声成像检测技术存在上述不足，提供一种控制声场中声偏振方向的方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种控制声场中声偏振方向的方法。该方法包括：
由具有N个阵元的超声换能器阵列、预设聚焦的位置以及在预设焦点处的预设方向，通过数值仿真法计算得到超声换能器阵列各阵元需要加载的激励信号；将需要加载的激励信号加载在超声换能器阵列各阵元上进行激励，得到在预设焦点处聚焦的声场，预设焦点处声场沿着预设方向偏振；通过改变预设焦点处的预设方向，重新计算得到对应的超声换能器阵列各阵元需要加载的激励信号,并将对应的需要加载的激励信号加载在超声换能器阵列各阵元上，进而控制预设焦点处的声场中声偏振方向。
优选的，在预设焦点处假设有一个沿预设方向振动的声源，通过数值计算得到超声换能器阵列各阵元位置处的声波信号，将超声换能器阵列中第i个阵元位置处的声波信号记为Si(t)，其中i＝1,2,……,N；对这个声波信号Si(t)进行时间反转处理，得到反序时间信号Si(T-t)，其中T为时间反转处理中固定的常数；这个反序时间信号Si(T-t)即为超声换能器阵列各阵元需要加载的激励信号。
优选的，反序时间信号Si(T-t)中的反序时间(T-t)大于零。
本发明针对超声检测与成像技术提出的一种控制声场中声偏振方向的方法，该方法在存在纵波、横波和导波的情况下可控制焦点处声场的偏振方向，可将焦点处声场方向控制在任意的预设方向上,对目前的超声成像检测具有重要意义和应用背景。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种控制声场中声偏振方向的方法流程示意图；
图2为图1所示方法中声偏振方向控制示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明实施提供的一种控制声场中声偏振方向的方法流程示意图。如图1所示，控制声场中声偏振方向的方法包括步骤S101-S103：
步骤S101，由具有N个阵元的超声换能器阵列、预设焦点的位置以及预设焦点处的预设方向，通过数值仿真法计算得到超声换能器阵列各阵元需要加载的激励信号,具体计算过程如下:
在所述预设焦点处,假设有一个沿所述预设方向振动的声源发射声脉冲，这时通过数值计算得到超声换能器阵列各阵元位置处的声波信号，将超声换能器阵列中第i个阵元位置处的声波信号记为Si(t)，其中i＝1,2,……,N；对这个声波信号Si(t)进行时间反转处理，得到反序时间信号Si(T-t)，其中T为时间反转处理中固定的常数；所述反序时间信号Si(T-t)即为超声换能器阵列各阵元需要加载的激励信号。
具体地，反序时间信号Si(T-t)中的反序时间(T-t)大于零。
步骤S102,将需要加载的激励信号加载在超声换能器阵列各阵元上进行激励，得到在预设焦点处聚焦的声场，以及在预设焦点处声场沿着预设方向偏振。
步骤S103，通过改变预设焦点处的预设方向，重新计算得到对应的超声换能器阵列各阵元需要加载的激励信号,并将对应的需要加载的激励信号加载在超声换能器阵列各阵元上，进而控制预设焦点处的声场中声偏振方向。
图2为图1所示方法中声偏振方向控制示意图。如图2所示，一个具有N个阵元的超声换能器阵列，位于固体介质表面B处，用于发射声波，A点为预设焦点位置，本申请实施例的目的是要将焦点处声场的声偏振方向控制在任意的预设方向P上。采用声波时间反转法计算并得到超声换能器阵列各阵元需要激励的信号。
首先，假设在预设焦点A处有一个假想声源，该假想声源是沿方向P振动的声源。假设该假想声源发射一个脉冲信号，根据固体介质中的声传播理论，可以严格计算出固体表面上超声换能器阵列各阵元位置处的声波信号，将第i个阵元位置处的声波信号用Si(t)表示(i＝1,2,……,N)。将该信号Si(t)进行时间反转处理得到反序时间信号Si(T-t)，其中T为时间反转处理中固定的常数，并且反序时间信号Si(T-t)中的反序时间(T-t)均大于零。
其次，将反序时间信号Si(T-t)加载在超声换能器阵列各对应阵元上进行激励，根据时间反转法原理，这时声场一定聚焦在焦点A处(即假想声源处)，且焦点处的声场中声偏振的方向一定沿着方向P。
然后，通过改变预设焦点处的预设方向，重新计算得到超声换能器阵列各阵元需要加载的激励信号，将重新计算得到的激励信号加载在超声换能器阵列各阵元上进行激励，得到预设焦点处的声场沿着新的预设方向偏振。从而通过改变预设焦点处的预设方向，得到不同的超声换能器阵列各阵元需要激励的信号,将对应的需要加载的激励信号加载在所述超声换能器阵列各阵元上，进而控制预设焦点处的声场中声偏振方向。
本发明实施例针对超声检测与成像领域提出的一种控制声场中声偏振方向，在存在纵波、横波和导波的情况下控制声场焦点的偏振方向，对目前的超声成像检测具有重要意义和应用背景。
本领域普通技术人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执轨道，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域普通技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
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 (3)

1.一种控制声场中声偏振方向的方法，其特征在于，包括以下步骤：
由一个具有N个阵元的超声换能器阵列、预设聚焦的位置以及在预设焦点处的预设方向，通过数值仿真法计算得到所述超声换能器阵列各阵元需要加载的激励信号；
将所述需要加载的激励信号加载在所述超声换能器阵列各阵元上进行激励，使至少两种波型在所述预设焦点处聚焦，得到在所述预设焦点处聚焦的声场，所述预设焦点处的声场沿着所述预设方向偏振；
通过改变所述预设焦点处的预设方向，重新计算得到对应的超声换能器阵列各阵元需要加载的激励信号,并将所述对应的需要加载的激励信号加载在所述超声换能器阵列各阵元上，进而控制预设焦点处的声场中声偏振方向。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过数值仿真法计算得到所述超声换能器阵列各阵元需要加载的激励信号的步骤包括：
假设在预设焦点处有一个沿着预设方向振动的声源，通过数值计算得到所述超声换能器阵列各阵元位置处的声波信号，所述超声换能器阵列中第i个阵元位置处的声波信号记为Si(t)，其中i＝1,2,……,N；
对所述超声换能器阵列中第i个阵元位置处的声波信号Si(t)进行时间反转处理，得到反序时间信号Si(T-t)，其中T为时间反转处理中固定的常数，所述反序时间信号Si(T-t)为所述超声换能器阵列各阵元需要加载的激励信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述反序时间信号Si(T-t)中的反序时间(T-t)大于零。
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JP6463962B2 (ja) * 2014-12-15 2019-02-06 株式会社日立製作所 超音波探傷システム及び検査方法

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