测量声学换能器的特征环路灵敏度的方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种测量声学换能器的特征环路灵敏度的方法，用一脉冲信号当宽带参考信号Vr(t)，并且在脉冲回波测量中获得对应的宽带回波信号Ve(t)。声学换能器的特征环路灵敏度(SLC)被定义为Ve(t)之能量密度相对于Vr(t)之能量密度的比值，再以分贝为单位表示，其中，信号的能量密度定义为该信号的能量相对于该信号的带宽之比值。本发明专利技术还公开了一种测量声学换能器的特征环路灵敏度的系统。

Method and System for Measuring Characteristic Loop Sensitivity of Acoustic Transducers

【技术实现步骤摘要】
测量声学换能器的特征环路灵敏度的方法与系统
本专利技术涉及一种测量声学换能器之特征环路灵敏度的方法与系统。
技术介绍
声学换能器是声学成像系统中的关键部件。基于声学成像具非侵入性、非游离性、实时成像和成本效益等优势，因此声学成像技术经常用于非破坏检测、临床诊断和水下应用。例如，用于评估软组织结构和血流量的用于临床诊断的声学成像，是目前继常规X光摄影后使用最多的临床成像模式。图1A与1B显示一声学探头的典型构造。声学探头113内有由多个声学换能器117所构成的换能器阵列117A。构成换能器阵列117A的声学换能器117其数量大于或等于一。在现有技术中，使用灵敏度来评估声学换能器117的特性。图2A-2B所示为先前测量声学探头中的声学换能器灵敏度的方法。图2A为先前测得参考信号的安排方式。正弦猝发产生器(sineburstgenerator)200输出特定频率的正弦猝发信号(sineburstsignal)，在外部50欧姆负载所得为参考信号Vr(t)204。图2B为先前测量声学探头113的安排方式。正弦猝发产生器200电性耦合到声学探头113，且该声学探头113浸在装设声学反射镜212的水浴槽208。声学探头113被正弦猝发产生器200驱动而发射出特定频率的正弦猝发声波214。此声学探头113接收反射自声学反射镜212的正弦猝发声波218而输出回波信号Ve(t)224。图3A为现有技术测量声学探头的参考信号波形。参考信号Vr(t)204是至少15个周期的特定频率正弦猝发信号，其电压峰对峰值为Vppr。图3B为使用现有技术测量声学探头方式所得的回波信号波形。回波信号Ve(t)224是一特定频率的正弦猝发信号，其电压峰对峰值为Vppe。该声学换能器的环路灵敏度(loopsensitivity)根据回波信号电压峰对峰值(Vppe)与参考信号的电压峰对峰值(Vppr)计算求得。现有技术的缺点是每次仅能在一个特定频率测量声学换能器117的环路灵敏度。在声学探头初问世时，声学换能器仅对窄频带信号有所反应，然而随声学科技的进步，宽带的声学换能器发展迅速，因此需要一个得以测量声学换能器宽带特性的方法和系统，这个宽带特性包括特征环路灵敏度(SLC)。
技术实现思路
针对现有技术的上述不足，根据本专利技术的实施例，希望提供一种用于测量声学探头中之声学换能器的特征环路灵敏度(SLC)的方法，并提出用于测量声学探头中之声学换能器的特征环路灵敏度(SLC)的系统。根据实施例，本专利技术使用一个具备50欧姆输出阻抗，可产生单极性脉冲或双极性脉冲的脉冲产生器，电性耦合到外部50欧姆负载。在50欧姆负载上所得为一宽带参考信号Vr(t)，进一步将此宽带参考信号Vr(t)以傅立叶变换求得函数此宽带参考信号Vr(t)的能量(Er)由宽带参考信号的功率对时间积分获得，亦可由宽带参考信号的能量频谱密度对频率积分而获得。在本专利技术的第一实施例和第二实施例中，所采用的分别是一个单极性负向脉冲，以及一个单极性正向脉冲；在第三实施例和第四实施例中，所采用的分别是一个先产生负向脉冲再产生正向脉冲的双极性脉冲，以及一个先产生正向脉冲再产生负向脉冲的双极性脉冲。进一步从宽带参考信号的函数得到一能量频谱，并由此能量频谱得到此宽带参考信号的带宽(BWr)。宽带参考信号的能量密度(Dr)定义为该宽带参考信号的能量(Er)，相对于该宽带参考信号的带宽(BWr)的比值。将此具备50欧姆输出阻抗的脉冲产生器电性耦合到声学探头，以测量声学换能器的宽带特性。声学探头浸在装设声学反射镜的水浴槽，并将声学探头对准声学反射镜，使声波垂直射向并且从声学反射镜反射回来。声学探头中的声学换能器受此脉冲产生器驱动而朝向声学反射镜发射宽带声波。发射的宽带声波传递到在水浴槽中的声学反射镜后，再反射回到该声学换能器。声学换能器接收到此反射宽带声波后，产生一宽带回波信号Ve(t)，再将此宽带回波信号Ve(t)以傅立叶变换求得函数此宽带回波信号Ve(t)的能量(Ee)由宽带回波信号的功率对时间积分获得，亦可由宽带回波信号的能量频谱密度对频率积分而获得。进一步从宽带回波信号的函数得到一能量频谱，并由此能量频谱得到此宽带回波信号的带宽(BWe)。宽带回波信号的能量密度(De)定义为该宽带回波信号的能量(Ee)，相对于该宽带回波信号的带宽(BWe)的比值。本专利技术定义声学换能器的特征环路灵敏度(SLC)为其宽带回波信号的能量密度(De)相对于宽带参考信号的能量密度(Dr)的比值，再以分贝为单位表示。所述特征环路灵敏度(SLC)的测量步骤，系对于声学换能器阵列中的每一个声学换能器依序或是随机执行。本专利技术测量声学换能器之特征环路灵敏度(SLC)的方法，与测量声学换能器阵列中的每一个声学换能器之特征环路灵敏度(SLC)的方法，皆嵌入于本专利技术系统之韧体或是程序内存中。根据实施例，本专利技术提供的一种测量声学换能器之特征环路灵敏度的系统，包括脉冲产生器、信号处理单元、换能器选择器和控制单元。控制单元更包括韧体、程序内存和储存器。附图说明图1A与图1B为声学探头的典型构造示意图；图2A为现有技术测量参考信号的安排方式；图2B为现有技术测量声学探头的安排方式；图3A为现有技术测量声学探头的参考信号波形；图3B为使用现有技术测量声学探头所得的回波信号波形；图4A与图4B为本专利技术第一实施例之宽带参考信号，所采用者为一个单极性负向脉冲波形及其能量频谱；图5A与图5B为本专利技术第二实施例之宽带参考信号，所采用者为一个单极性正向脉冲波形及其能量频谱；图6A为本专利技术第一个与第二实施例中，以单极性脉冲为宽带参考信号之典型能量频谱；图6B为本专利技术第一个与第二实施例中，声学换能器的典型频率响应；图7A与图7B为本专利技术第三实施例之宽带参考信号，所采用者为一个先产生负向脉冲再产生正向脉冲的双极性脉冲波形及其能量频谱；图8A与图8B为本专利技术第四实施例之宽带参考信号，所采用者为一个先产生正向脉冲再产生负向脉冲的双极性脉冲波形及其能量频谱；图9A为本专利技术第三个与第四实施例中，以双极性脉冲为宽带参考信号之典型能量频谱；图9B为本专利技术第三个与第四实施例中，声学换能器的典型频率响应；图10A为本专利技术测量宽带参考信号的安排方式；图10B为本专利技术测量测量声学探头的安排方式；图11A为本专利技术第一实施例所采用，以一个单极性负向脉冲作为宽带参考信号，其信号波形及其傅立叶变换函数；图11B为本专利技术第一实施例采用单极性负向脉冲，所得到宽带回波信号的波形及其傅立叶变换函数；图12A为本专利技术第二实施例所采用，以一个单极性正向脉冲作为宽带参考信号，其信号波形及其傅立叶变换函数；图12B为本专利技术第二实施例采用单极性正向脉冲，所得到宽带回波信号的波形及傅立叶变换函数；图13A为本专利技术第三实施例所采用，以第一种双极性脉冲作为宽带参考信号，其信号波形及傅立叶变换函数；图13B为本专利技术第三实施例采用第一种双极性脉冲，所得到宽带回波信号的波形及傅立叶变换函数；图14A为本专利技术第四实施例所采用，以第二种双极性脉冲作为宽带参考信号，其信号波形及傅立叶变换函数；图14B为本专利技术第四实施例采用第二种双极性脉冲，所得到宽带回波信号的波形及傅立叶变换函数；图15A为本专利技术第一实施例与第二实施例中，以单极性脉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量声学换能器的特征环路灵敏度的方法，其特征是，所述方法包括如下测量步骤：产生脉冲以提供宽带信号作为参考信号；获得宽带参考信号Vr(t)；获得函数

【技术特征摘要】
2017.12.27 US 15/855,7101.一种测量声学换能器的特征环路灵敏度的方法，其特征是，所述方法包括如下测量步骤：产生脉冲以提供宽带信号作为参考信号；获得宽带参考信号Vr(t)；获得函数其中，是宽带参考信号Vr(t)的傅立叶变换的函数；依据函数获得宽带参考信号的能量频谱；在指定分贝值处，计算宽带参考信号的能量频谱的带宽(BWr)；计算宽带参考信号Vr(t)的能量(Er)；以及计算宽带参考信号的能量密度(Dr)：Dr＝Er/BWr.2.如权利要求1所述测量声学换能器的特征环路灵敏度的方法，其特征是，所述脉冲是单极性脉冲或是双极性脉冲。3.如权利要求2所述测量声学换能器的特征环路灵敏度的方法，其特征是，所述单极性脉冲是负向脉冲或是正向脉冲。4.如权利要求2所述测量声学换能器的特征环路灵敏度的方法，其特征是，所述双极性脉冲是先产生负向脉冲再产生正向脉冲。5.如权利要求2所述测量声学换能器的特征环路灵敏度的方法，其特征是，所述双极性脉冲是先产生正向脉冲再产生负向脉冲。6.如权利要求1所述测量声学换能器的特征环路灵敏度的方法，其特征是，所述测量步骤还包括：将宽带参考信号的能量密度(Dr)储存在韧体或是程序内存中。7.一种测量声学换能器的特征环路灵敏度的方法，其特征是，所述方法包括如下测量步骤：从声学换能器产生宽带声波；在宽带声波被声学反射镜反射后获得宽带回波信号Ve(t)；获得函数其中，是宽带回波信号Ve(t)的傅立叶变换函数；依据函数获得宽带回波信号的能量频谱；在指定分贝处，计算宽带回波信号的能量频谱的带宽(BWe)；计算宽带回波信号Ve(t)的能量(Ee)；以及计算宽带回波信号Ve(t)的能量密度(De)：De＝Ee/BWe。8.如权利要求7所述测量声学换能器的特征环路灵敏度的方法，其特征是，所述测量步骤还包括：获得参考信号的能量密度(Dr)；以及定义特征环路灵敏度(SLC)：9.如权利要求8所述测量声学换能器的特征环路灵敏度的方法，其特征是，所述测量步骤还包括：将特征环路灵敏度(SLC)储存在储存装置中。10.如权利要求9所述测量声学换能器的特征环路灵敏度的方法，其特征是，所述测量步骤还包括：输出储存在储存装置中的数据。11.如权利要求9所述测量声学换能器的特征环路...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁炎伟，杨富杰，姚仁志，游益龙，
申请(专利权)人：声博科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71