具有四种类型声显微的超声检测成象方法及其系统技术方案

本发明专利技术属于超声检测、成象、分析处理技术领域。其主要特点是采用对采样脉冲相对信号源电脉冲延迟时间控制方法，实现了能同时具有Ａ、Ｂ、Ｃ（多断层），三维成象，声显微多种功能。本系统包括电脉冲发生器、信号检测电路、声探头及其扫描装置，数据处理和显示部件四个组成部件以及与各部件相连的数控板和相应控制软件。本系统工作模式简单，显示、存储、处理、分析功能强，可广泛用于工业、医学各领域。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超声检测、成象、分析、处理
超声检测已有数十年历史，它被广泛用于工业、医学等方面的多个领域，其中应用最广的是工业A型超声探伤仪和医用B超，A超可以检测出沿声束传播方向(直线)样品的结构，B超可测出声束所在平面(剖面)内样品的结构，近年发展起来的C型超声，尤其是其高级阶段声显微镜可以测出焦点所在横断面(垂于声束)内样品的结构。由于声显微镜通常选用声波频率高，透镜聚焦性能好扫描机械精密，因而成象精度高，尤其是引进了微机技术后，使系统工作程序化，而采用直接数字成象技术，把声显微系统所得信息直接数字化，存储、显示，不仅观察方便(不会闪烁)只需扫描一次即可得到全部图象，还可方便地引入图象处理和其他信号处理技术，因而使声显微镜(SAM)还具有样品性能分析功能，使SAM成为一个检测，观察、分析多功能仪器，把C型超声检测技术提高到一个新的水平。其中一例如本申请人的专利技术专利《具有新型声镜的反射式声显微镜》专利号90101053.7就是当前最先进的一种，其组成如附图说明图1所示，它由脉冲形成，声信号检测电路，声探头及机械装置，控制和显示等四个部分组成。其中脉冲形成和声信号检测电路包括主脉冲源，脉冲分配器，高频振荡器，放大器，PIN调制器，环形器，匹配网络检波器，脉冲放大器，采样保持电路，采样脉冲源，视频放大器，滤波器，脉冲示波器等电路组成，上述电路均为公知常规电路。声镜头由一个玻璃金属球面换能器型声镜及耦合液一水组成。机械装置包括三维调节工作台(水平两维角度微调器和垂直升降精密微动台)，X.Y两维移动和扫描台，扫描驱动器和位置传感器，扫描驱动器包括步进电机和驱动电路。控制和显示部件包括微机IBM-PC/AT，标准键盘，A/D接口板(MS1215)，通用EGA接口板，高分辨计算机显示终端，通用图象接口板，高分辨多灰度等级显示器及串并行接口板等。工作过程是微波信号源产生连续波信号，经调制器形成脉冲调制信号，此信号经环流器匹配网络送到声镜(探头)转换成脉冲调制声波，经声镜聚焦后，进入被测样品，遇到样品缺陷，声波反射回声镜，经换能器再转换成电脉冲调制信号，此信号经匹配网络，环流器，进入微波放大器，经检波放大，采样保持(采样脉冲相对脉冲调制电信号在时间上延迟一固定时间)再放大，送入A/D板，进入微机进行数据处理后送显示器显示。上述系统中采用声镜聚焦性能良好，无杂波干扰;采用通用微机构成机械扫描、高频部件控制和成象系统，可使声镜观察结果在任一同类微机上进行观察和分析，使用方便，还可移植已有软件，制作和维修方便，易于开发和增强功能。但上述声显微检测系统有着一些重要不足之处1.由于采用机械扫描装置，只能作规则的直线扫描，因此可检测零件形状仅限于平板、园柱形，无法检测形状较复杂的零件。2.该系统取样脉冲时间予先固定，一次机械扫描仅可得到一个横断层(即一个深度平面)的结构图象而不能得到几个横断层的图象。3.该系统无法得到声束所在面的剖面内结构图，没有A超或B超的功能，因而也就难于得到样品内部结构的三维图象。上述A型、B型及C型或声显微镜超声检测系统基本原理是相同的，均为由电脉冲激励产生声波，经声探头耦合到样品中，样品内有不均匀性则会产生反射，反射声波经声探头又转换成电讯号由接收系统处理后显示。得到被检测样品内部结构特征，如图2所示。在接收端用示波器可看到波形图。示波图中右边第一脉冲是源电讯号耦合到输出端，第二脉冲为样品表面反射波，第三、四脉冲分别为样品内部不同深度的第一、二不均匀性的反射波。但不同类型的超声检测系统又具有不同的实现方法一般A型超声系统能检测样品沿声束传播方向直线上的结构特征。即当声探头将声脉冲射入样品后，检测出不同时间反射声波，即得到该位置样品不同深度处的结构特征。而B超则是使深头扫描的速度与显示器光扫描同步，使探头在样品表面移动，并将所得到的反射电压去调制显示器电子注的灰度，即可得到样品沿声探头扫描轨迹与声束方向所构成的平面的结构特征。一般C超或声显微镜的声探头利用机械扫描装置可在样品表面进行X、Y方向的移动，并不断发射声脉冲，采样脉冲与声脉冲同步并予先设置一延迟时间，并将采样信号保持住，进行数字化处理，再送显示器显示，得到样品某一深度的结构图。采用上述方法的A型和B型超声检测系统一般进行模似显示，C型超声检测系统中，由于采样延迟时间固定，因而只能得到样品一个模断面的结构图。本专利技术的目的是针对上述各类超声检测系统的不足，提出一种能同时实现A型、B型、C型(多断层)三维成象功能的超声检测方法，并且根据该方法设计一种能够同时具有A型、B型、C型(多断层)、三维成象和声显微镜多种工作模式而结构又十分简单，显示、存储、处理、分析功能很强的多功能超声检测分析系统。本专利技术提出一种能同时实现A型、B型、C型(多断层)三维成象和声显微功能超声系统的超声检测方法，包括以下各步骤产生一系列电脉冲;采用声探头将电脉冲转换成声脉冲并耦合进入样品以及声探头对样品的机械扫描;对样品中产生的反射波进行采样;对采集到的信号进行保持，数字化后再进行处理显示，其特征在于还包括对上述各步骤进行自动控制的方法，即包括对信号源的频率、功率、调制宽度控制、高放、视放增益、偏置控制、声探头扫描控制以及对采样脉冲相对信号源电脉冲延迟时间控制。对采样脉冲延迟时间程序控制是实现本专利技术目的的关键技术。具体实现方法包括以下各步骤1.将声探头置于样品某一点(A点)并向样品不断发射声脉冲;2.设置采样脉冲延迟时间为t1，t2……tn，并使两相邻采样脉冲延迟时间间隔足够小，即对A点在不同时间产生的反射声脉冲采样，得到相应电压值VA1，VA2……VAn并对这一系列电压值保持存储;3.将声探头移动到B点，按上述方法对B点采样得到相应电压值VB1，VB2……VBn，控制声镜头在样品表面扫描即可得到各点位置的一系列反射波电压值。将上述所有电压值进行数字化，按不同要求进行处理显示即可分别得到样品的A型、B型、C型或三维成象内产部结构图。即提取A点位置的一系列电压值进行处理可得到样品A点位置的A型超声图，若取声探头扫描轨迹所对应的多组系列电压值进行处理，即可得到样品B型超声结构图;若提取声探头在两维坐标平面内各位置一系列电压值中具有相同延迟时间的电压值时，即可得到样品某一深度横截面的C型超声结构图;若对样品扫描得到的全部电压值全部处理后显示即得到样品内部结构三维成象图。本专利技术根据上述方法设计出一种能同时实现A型、B型、C型(多断层)三维成象功能超声检测系统，由电脉冲发生器，信号检测电路，声探头及其扫描装置，数据处理和显示部件所组成，所说的电脉冲发生器由调制信号源，电调衰减器、三通、匹配网络构成，所说的声信号检测电路由高放，检波器、脉冲放大器、采样脉冲源、采样保持电路，视频放大器、偏置电压调节器、滤波器构成，所说的声探头及其扫描装置由玻璃金属球面换能器型声镜或其他探头耦合液水组成的声探头以及由三维调节工作台扫描驱动器和位置传感器组成的扫描装置，所说的数据处理和显示部件包括微型计算机、键盘、D/A、A/D接口板，显示器以及用作显示终端接口的通用TVGA板所组成，其特征在于还包括于微机扩展槽中的一块数控板以及予先编制好的控制程序，该数控板与所说的电脉冲发生器、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能同时实现Ａ型、Ｂ型、Ｃ型（多断层）三维成象和声显微功能超声系统的超声检测方法，包括以下各步骤：产生一系列电脉冲；采用声探头将电脉冲转换成声脉冲并耦合进入样品以及声探头对样品的机械扫描；对样品中产生的反射波进行采样；对采集到的信号进行保持，数字化后再进行处理显示，其特征在于还包括对上述各步骤进行自动控制的方法，即包括对信号源的频率、功率、调制宽度控制、高放、视放增益、偏置控制、声探头扫描控制以及对采样脉冲相对信号源电脉冲延迟时间控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈戈林，任文革，郭艳林，申忠明，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]