一种质点偏振方向控制与扫描检测方法与流程

本发明涉及超声检测与成像领域，具体涉及一种质点偏振方向控制与扫描检测方法。

背景技术：

近年来，超声检测与成像取得了快速发展，相关仪器和设备已应用到超声检测的各个领域。然而，由于声波的偏振特性一种类型的声波(如纵波或横波)只能检测特定类型的缺陷，或只能对介质的特定区域进行检测。使得检测的灵活性、可靠性受到了很大的限制。

声波在固体介质中传播时，存在纵波、横波以及导波等多种不同类型的波，每一种声波都具有不同的传播特性，携带了介质以及缺陷的不同特征，但是由于它们的传播速度不同，因此能量分散，很难集中利用。在之前申请的专利中我们应用时间反转或设计双脉冲声源的方式(zl201110033779.3；201710434324.x；201710206764.x)实现了对纵波、横波甚至是导波等多种波型的多波聚焦以及利用多波聚焦实现质点偏振方向控制的目的。以上内容都是基于单个声源通过一定的方式使纵波和横波或其它类型的波同时到达预设焦点。本申请专利是基于两个或两个以上声源，将声源放置于不同位置，使不同声源激发的同一类型声波(例如纵波)同时到达预设焦点，以实现多波聚焦和质点偏振方向控制的目的。

技术实现要素：

本发明提供了一种质点偏振方向控制与扫描检测方法，该方法包括下列步骤：

在介质表面的不同位置分别设置多个换能器，采用相同形式的脉冲信号激励所述多个换能器，通过不同位置的换能器与预设焦点间的声程差和声波在介质中的传播速度确定换能器激励信号的时间延迟，使不同位置的换能器激励的沿不同方向传播的声波同时到达所述预设焦点位置；合成预设焦点处所述沿不同方向传播的声波所具有的多个声波偏振方向得到预设焦点处声波总偏振方向；改变多个换能器在介质表面的位置，和/或改变多个换能器激励脉冲信号的幅度和/或相位，对预设焦点偏振方向进行控制与扫描检测。

优选地，多个换能器至少包括第一换能器和第二换能器；其中，分别设置在介质表面不同位置的第一换能器和第二换能器采用相同形式的脉冲信号进行激励，通过第一换能器距预设焦点和第二换能器距预设焦点的声程差和声波在介质中的传播速度确定换能器激励信号的时间延迟，使第一换能器和第二换能器的沿不同方向传播的声波同时到达预设焦点位置；合成第一换能器位于预设焦点处的第一偏振方向与第二换能器位于预设焦点处的第二偏振方向得到第三偏振方向；改变第一换能器和/或第二换能器的位置，和/或改变脉冲信号的幅度和/或相位，对预设焦点处的第三偏振方向进行控制与扫描检测。

优选地，通过分别设置在介质表面不同位置的第一换能器和第二换能器所激励的声波信号同时到达预设焦点的方法包括：

根据第一换能器距预设焦点和第二换能器距预设焦点的声程差δr以及介质中纵波速度vp计算出脉冲延时发射时间其中第一换能器距预设焦点的声程大于等于第二换能器距预设焦点的声程，将延时δt加载于第二换能器上，进而控制所述第一换能器和第二换能器激励的纵波同时到达预设焦点。

优选地，预设焦点处第三偏振方向与垂直方向的夹角其中，fa为第一偏振方向的幅度，θa为第一偏振方向与垂直方向的夹角，fb为第二偏振方向的幅度，θb为第二偏振方向与垂直方向的夹角；θ＝0时表示第三偏振方向沿垂直方向，θ＞0时表示第三偏振方向由垂直方向沿逆时针方向偏转的角度，θ＜0时表示第三偏振方向由垂直方向沿顺时针方向偏转的角度。

优选地，改变第一换能器和/或第二换能器的位置，和/或改变所述脉冲信号的幅度和/或相位，对预设焦点处的第三偏振方向进行控制与扫描检测的方法包括：

当第一换能器和第二换能器位置固定时，θa与θb保持不变，改变换能器激励声波的幅度使第一偏振方向幅度fa和/或第二偏振方向幅度fb的大小改变，从而改变第三偏振方向θ；

当第一换能器和第二换能器位置固定时，θa与θb保持不变，第一换能器或第二换能器中任一激发脉冲的相位改变π时，使对应的第一偏振方向幅度fa或第二偏振方向幅度fb的正负值改变，从而改变第三偏振方向θ；

当第一偏振方向的幅度fa和第二偏振方向的幅度fb保持不变时，改变第一换能器和/或第二换能器的位置使θa与θb改变，从而改变第三偏振方向θ。

另一种优选地，改变第一换能器和/或第二换能器的位置，和/或改变脉冲信号的幅度和/或相位，对预设焦点进行质点偏振方向控制与扫描检测的方法还包括：

预设焦点位于第一换能器和第二换能器中心线上，且第一偏振方向和第二偏振方向的幅度一致；当第一换能器和第二换能器的脉冲信号相位一致时，第三偏振方向沿垂直方向振动，幅度为倍第一偏振方向幅度fa或倍第二偏振方向幅度fb；当第一换能器和第二换能器的脉冲信号相位相反时，第三偏振方向沿水平方向振动，幅度为倍第一偏振方向幅度fa或倍第二偏振方向幅度fb。

本发明的优点在于：通过使多个不同位置的声源发射的声波同时到达预设焦点，利用不同传播方向的声波具有不同偏振方向的特性使焦点处的声波合成出新的偏振方向，并通过改变不同声源发射声波的幅度改变所合成的质点偏振方向。

附图说明

为了更清楚说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种质点偏振方向控制与扫描检测方法的流程框图；

图2为一种二声源质点偏振方向控制与扫描检测方法的流程框图；

图3为同相位激励的双换能器设置及偏振方向控制的示意图；

图4为同相位激励信号示意图；

图5为反相位激励的双换能器设置及偏振方向控制的示意图；

图6为反相位激励信号示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为一种质点偏振方向控制与扫描检测方法的流程框图。如图1所示，一种质点偏振方向控制与扫描检测方法，步骤如下：

步骤s101：采用相同形式的脉冲信号分别激励设置在介质表面不同位置的多个换能器，通过设置激励延迟使各换能器产生的声波同时到达预设焦点。

步骤s102：合成多个换能器产生的多个声波在预设焦点处的多个偏振方向得到预设焦点偏振方向。

步骤s103：改变多个换能器在介质表面的位置，和/或改变激励脉冲信号的幅度和/或相位，对预设焦点偏振方向进行控制与扫描检测。

具体地，图2为一种二声源质点偏振方向控制与扫描检测方法的流程框图。如图2所示，二声源质点偏振方向控制与扫描检测方法，步骤如下：

步骤s201：采用相同形式的脉冲信号激励分别设置在介质表面不同位置的第一换能器和第二换能器，通过设置时间延迟使声波同时到达预设焦点。

步骤s202：合成第一换能器位于预设焦点处的第一偏振方向与第二换能器位于预设焦点处的第二偏振方向得到第三偏振方向。

步骤s203：改变第一换能器和/或第二换能器的位置，和/或改变脉冲信号的幅度和/或相位，对预设焦点进行质点偏振方向控制与扫描检测。

在一个具体实施例中，如图3所示，同相位激励的双换能器设置及偏振方向控制中，a为第一换能器，b为第二换能器，p为预设焦点。

根据第一换能器a距预设焦点p的声程ra和第二换能器b距预设焦点p的声程rb，得到声程差△r＝ra-rb，结合介质内部纵波速度vp计算出脉冲延时发射时间当△r>0时，将△t加载于第二换能器b，当△r<0时，将△t加载于第一换能器a；进而控制第一换能器a和第二换能器b的激励纵波同时到达预设焦点p。

预设焦点p处，第一换能器a的第一偏振方向为ea，其幅度为fa，第二换能器b的第二偏振方向为eb，其幅度为fb。通过合成ea与eb得到第三偏振方向e，其幅度为f。

第一偏振方向为ea与垂直方向夹角θa，第二偏振方向为eb与垂直方向夹角θb，计算延迟后保持第一换能器a和第二换能器b同相位发射，同相位激励信号如图4所示。

合成第三偏振方向与垂直方向的夹角θ＝0时表示第三偏振方向沿垂直方向，θ＞0时表示第三偏振方向由垂直方向沿逆时针方向偏转的角度，θ＜0时表示第三偏振方向由垂直方向沿顺时针方向偏转的角度。

当换能器位置和预设焦点固定时θa与θb保持不变，此时改变换能器激励声波的幅度可改变第一偏振方向幅度fa和/或第二偏振方向幅度fb的大小，从而改变第三偏振方向θ；

当换能器激励声波的幅度fa和fb保持不变时，改变换能器的位置可改变θa与θb的值，从而改变第三偏振方向θ。

当第一换能器a、第二换能器b和预设焦点p固定，且预设焦点p位于第一换能器a和第二换能器b的中心线上，当第一偏振方向幅度fa等于第二偏振方向幅度fb时，第三偏振方向e沿垂直方向振动，幅度f为倍的第一偏振方向幅度fa或倍第二偏振方向幅度fb。

在另一个实施例中，如图5所示，反相位激励的双换能器设置及偏振方向控制中，a为第一换能器，b为第二换能器，p为预设焦点。

根据第一换能器a距预设焦点p的声程ra和第二换能器b距预设焦点p的声程rb，得到声程差△r＝ra-rb，结合介质内部纵波速度vp计算出脉冲延时发射时间当△r>0时，将△t加载于第二换能器b，当△r<0时，将△t加载于第一换能器a；进而控制第一换能器a和第二换能器b的激励纵波同时到达预设焦点p。

预设焦点p处，第一换能器a的第一偏振方向为ea，其幅度为fa，第二换能器b的第二偏振方向为eb，其幅度为fb。通过合成ea与eb得到第三偏振方向e，其幅度为f。

第一偏振方向为ea与垂直方向夹角θa，第二偏振方向为eb与垂直方向夹角θb，计算延迟后保持第一换能器a和第二换能器b反相位发射，反相位激励信号如图6所示。

合成第三偏振方向与垂直方向的夹角

当第一换能器a、第二换能器b和预设焦点p固定，且预设焦点p位于第一换能器a和第二换能器b的中心线上，当第一偏振方向幅度fa等于第二偏振方向幅度fb时，第三偏振方向e沿水平方向振动，幅度f为倍的第一偏振方向幅度fa或倍第二偏振方向幅度fb。

本发明实施例提供了一种质点偏振方向控制与扫描检测方法，通过使多个不同位置的声源发射的声波同时到达预设焦点，利用不同传播方向的声波具有不同偏振方向的特性使焦点处的声波合成出新的偏振方向，并通过改变不同声源发射声波的幅度改变所合成的质点偏振方向。利用本方法可进行质点偏振方向的精确控制与扫描检测。

以上的具体实施方式，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。