【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超声检测与成像领域，具体涉及一种基于超声阵列的复合多球面波成像检测方法。
技术介绍
1、超声相控阵技术的基本思想来自于雷达电磁波相控阵技术。相控阵雷达是由许多辐射单元排成阵列组成，通过控制阵列天线中各单元的幅度和相位，调整电磁波的辐射方向，在一定空间范围内合成灵活快速的聚焦扫描的雷达波束。超声相控阵换能器由多个独立的压电晶片组成阵列，按一定的规则和时序用电子系统控制激发各个晶片单元，来调节控制焦点的位置和聚焦的方向。
2、超声相控阵是超声探头晶片的组合，由多个压电晶片按一定的规律分布排列，然后逐次按预先规定的延迟时间激发各个晶片，所有晶片发射的超声波形成一个整体波阵面，能有效地控制发射超声束(波阵面)的形状和方向，能实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦。它为确定不连续性的形状、大小和方向提供出比单个或多个探头系统更大的能力。
3、超声相控阵检测技术使用不同形状的多阵元换能器产生和接收超声波束，通过控制换能器阵列中各阵元发射(或接收)脉冲的不同延迟时间，改变声波到达(或来自)物体内某点时的相位关系，实现焦点和声束方向的变化，从而实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦。然后采用机械扫描和电子扫描相结合的方法来实现图像成像。
4、目前，超声相控阵成像取得了快速发展，虽然在声束控制和扫描等方面具有很好的技术优势，但在成像速度上有时还有待提高，为此，人们提出了基于超声阵列的平面波成像方法，较好地加快了成像检测的速度。然而，平面波成像方法产生的声束为平面波，其声束宽度取决于阵列孔径，而阵列孔径不可能太
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服常规平面波成像检测方法受阵列孔径大小影响的缺陷。
2、为了实现上述目的，本专利技术提出了一种基于超声阵列的复合多球面波成像检测方法，所述方法为在介质表面采用超声换能器阵列发射和接收声波，超声换能器阵列的各阵元按照计算得到的延时规则进行激励，模拟出一个点源发出的球面波，该点源为球面波的球心；多次改变球面波的球心位置进行激励，形成多个球面波，将各阵元接收到的信号按照延时规则进行叠加得到检测图像。
3、作为上述方法的一种改进，所述方法具体包括：
4、步骤1：在介质表面设置超声换能器阵列；
5、步骤2：分别计算每个阵元激励信号的延迟时间，该激励信号是两个脉冲；
6、步骤3：超声换能器阵列各阵元根据步骤2计算的激励延迟时间规则发射声波；声波在介质中产生多球面波，即球面纵波和球面横波；
7、步骤4：换能器各阵元接收来自目标的反射回波信号并存储；
8、步骤5：根据待检测区域内目标点的坐标，计算目标点到每个阵元和阵列中心之间的声程差，进而得到纵波延迟时间和横波延迟时间；
9、步骤6：更改球面波球心偏转角；
10、步骤7：重复执行k次步骤2至步骤6；
11、步骤8：将超声换能器各阵元在每一个球心偏转角发射多球面波时接收到的信号按照每一球心偏转角时的纵波延迟时间和横波延迟时间进行叠加得到目标点的成像信号，将所有目标点的成像信号进行综合成像，得到超声波重建图像。
12、作为上述方法的一种改进，所述步骤2具体包括：
13、设定超声换能器阵列中心为坐标原点，超声换能器阵列方向为x轴，成像深度方向为z轴，球面波的球心离坐标原点的距离为foc，球心与z轴的偏转角为αm；换能器共有n个阵元，其中第n个阵元的坐标为(0,xn)，第n个阵元发射信号中包含了两个脉冲，第一个脉冲的激励延迟时间为：
14、
15、其中，tc是大于零的时间常数；cp为介质中的纵波速度；超声换能器阵列每个阵元根据的延迟时间规则进行发射时，产生的纵波为球面波；
16、第n个阵元发射信号中第二个脉冲的激励延迟时间为：
17、
18、其中，cs为介质中的横波速度；超声换能器阵列每个阵元根据的延迟时间规则进行发射时，产生的横波为球面波。
19、作为上述方法的一种改进，换能器各阵元激励信号中两个脉冲之间的时间间隔等于纵波和横波从虚拟点源传播到换能器对应阵元之间的时间差。
20、作为上述方法的一种改进，所述步骤4具体包括：
21、对于检测区域内的目标点p(x,z)，第n个阵元和阵列中心之间的纵波延迟时间为τn1：
22、
23、其中，x为目标点的x轴坐标，z为目标点的z轴坐标；
24、第n个阵元和阵列中心之间的横波延迟时间为τn2为：
25、
26、作为上述方法的一种改进，所述步骤5具体包括：
27、将超声换能器各阵元接收到的信号smn(t)按照延时规则进行叠加得到目标点的成像信号：
28、
29、其中，smn(t-τnj)为第n个阵元接收到的回波信号在t-τnj时刻的大小。
30、与现有技术相比，本专利技术的优势在于：
31、本专利技术方法采用若干个不同偏转方向的多球面波进行复合成像，对于每一偏转方向都发射多球面波，即在每一偏转方向下都发射球面纵波和球面横波，每一个球面纵波和球面横波都具有不同的球心位置和声束偏转方向，本专利技术方法使所有不同的球面波都能在预定目标上实现聚焦，从而可极大程度地提高信号信噪比和图像分辨率。
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1.一种基于超声阵列的复合多球面波成像检测方法，所述方法为在介质表面采用超声换能器阵列发射和接收声波，超声换能器阵列的各阵元按照计算得到的延时规则进行激励，模拟出一个点源发出的球面波，该点源为球面波的球心；多次改变球面波的球心位置进行激励，形成多个球面波，将各阵元接收到的信号按照延时规则进行叠加得到检测图像。
2.根据权利要求1所述的基于超声阵列的复合多球面波成像检测方法，其特征在于，所述方法具体包括：
3.根据权利要求2所述的基于超声阵列的复合多球面波成像检测方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
4.根据权利要求2所述的基于超声阵列的复合多球面波成像检测方法，其特征在于，换能器各阵元激励信号中两个脉冲之间的时间间隔等于纵波和横波从虚拟点源传播到换能器对应阵元之间的时间差。
5.根据权利要求3所述的基于超声阵列的复合多球面波成像检测方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：
6.根据权利要求5所述的基于超声阵列的复合多球面波成像检测方法，其特征在于，所述步骤5具体包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于超声阵列的复合多球面波成像检测方法，所述方法为在介质表面采用超声换能器阵列发射和接收声波，超声换能器阵列的各阵元按照计算得到的延时规则进行激励，模拟出一个点源发出的球面波，该点源为球面波的球心；多次改变球面波的球心位置进行激励，形成多个球面波，将各阵元接收到的信号按照延时规则进行叠加得到检测图像。
2.根据权利要求1所述的基于超声阵列的复合多球面波成像检测方法，其特征在于，所述方法具体包括：
3.根据权利要求2所述的基于超声阵列的...
【专利技术属性】
技术研发人员：阎守国，黄娟，张碧星，张萍，刘智颖，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：
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