集成有源超声探头的制作方法
【技术领域】
[0001]本文所公开的主题涉及超声探头，具体来说涉及可连接到多个计算装置的集成有源超声探头。
【背景技术】
[0002]无损测试装置能够用来检查、测量或测试对象，以识别和分析对象中的异常。这些装置允许检查技术人员在测试对象的表面处或者附近操纵探头，以便执行对象表面及其基础结构的测试。在例如航空、电力生成以及石油和天然气传输或精炼(例如管道和焊缝)等的一些行业中，无损测试能够特别有用。测试对象的检查必须在无需从周围结构移开对象的情况下并且在原本经过目视检查不可识别的异常可能所在的位置进行。超声测试是无损测试的一个示例。在进行超声测试时，超声脉冲或波束从探头中安装的超声换能器来发射并且经过测试对象。当采取脉冲或波束形式的超声能量经过对象时，各种超声反射(称作回波)在超声波束与测试对象的内部结构(例如异常或表面)进行相互作用时发生。这些回波由超声换能器来检测，并且由连接到超声换能器的处理电子器件来分析。
[0003]相控阵超声探头包括多个电和声无关超声换能器，其结合压电材料并且安装在单个探头壳体中。在操作期间，电脉冲的预定模式被生成并且传送给探头。将电脉冲施加到相控阵换能器，从而引起压电材料中的物理挠曲，这生成超声能量(例如超声信号或波束)，其经过探头所耦合的测试对象来传送。通过改变施加到相控阵超声换能器的电脉冲的定时，相控阵超声探头生成超声波束，其以不同角度碰撞测试对象。波束调向的这个过程促进测试对象的不同区域的有效检查，以便完全检测其中的异常。相控阵探头的单独换能器的幅度和激发序列能够以编程方式来控制，以便调整发射到测试对象中的超声波束的角度和穿透强度。当所产生超声回波返回以接触换能器的压电材料的表面时，它生成跨换能器的电极的可检测电压差，其然后由处理电子器件作为回波数据来记录，并且包括幅度和延迟时间。通过跟踪电脉冲的传输与回波数据的接收之间的时间差并且测量所接收回波数据的幅度，能够确定测试对象的各种特性，例如其厚度或者其中的异常的深度和大小。
[0004]在一些应用中，超声探头通过线缆(其能够为数米长)连接到专用处理站。处理站经由线缆来驱动超声探头，以及线缆将换能器在扫描检查期间所检测的模拟回波数据带回处理站供分析。线缆的长度趋向于造成返回回波数据中的增加噪声。处理站包括用于分析回波数据的信号处理电子器件以及用于显示任何分析的结果的显示屏幕。处理站硬件必须匹配提供回波数据的超声探头的类型，并且通常对每种类型的超声探头定制制造。例如，具有128个换能器的探头要求线缆中相同数量的导体将回波数据从探头头部中的每个换能器回传给处理站。对于包含这种大量或更多换能器的相控阵超声探头，相控阵探头与处理站之间的探头线缆会相当密集并且难以操纵。
[0005]以上论述只是为了一般背景信息来提供，而不是意在用作帮助确定要求保护主题的范围。
【发明内容】
[0006]本发明的一个方面是一种集成有源超声探头以及一种与集成有源超声探头可配合操作的处理系统。集成有源超声探头包括生成超声测试数据(其能够通过标准数字接口传送给所连接的处理系统)所需的专用硬件和处理组件。通过将专用硬件和处理移入集成有源超声探头，促进通用处理系统或处理单元(例如PC/工作站、膝上型或平板)用来分析和可视化超声回波数据。这缓解对处理站中的专用硬件和处理的要求。新设计集成到适合探头壳体(其能够在测试对象中操纵)的小体积中。信噪比得到改进，因为较短导线将处理电子器件直接连接到超声换能器。由此所生成的数据的超声换能器和处理是集成有源超声探头的组成部分，并且不要求用于包含相当多的数据传输线的笨重线缆。
[0007]超声探头包括超声换能器和处理电子器件，以控制超声能量的发射以及处理和数字化所返回的回波数据。处理的回波数据然后能够通过标准数字接口来传送。通过集成有源超声探头的一些所公开实施例的实施可实现的优点是改进的信噪比以及与各种处理系统的兼容性。
[0008]在一个实施例中，公开一种超声探头，其包括连接到集成电路的多个超声换能器。集成电路包括多个发射器和接收器电路，其各生成传送给多个超声换能器之一的电信号，并且各接收多个超声换能器之一所检测的回波数据。控制电路连接到多个发射器和接收器电路，以控制电信号的传输以及处理回波数据。模数转换器数字化处理的回波数据，以及控制单元接收经数字化和处理的回波数据，以用于将其处理为A扫描总和数据。数字接口连接到控制单元，以用于传送A扫描总和数据。
[0009]在另一个实施例中，公开一种用于处理超声数据的处理系统。该处理系统包括处理单元，其具有处理器、显示器和数字接口。超声探头连接到数字接口，并且包括多个超声换能器。集成电路连接到多个超声换能器，并且包括发射器和接收器电路。发射器和接收器电路的每个生成被传送给超声换能器之一的电信号，并且各接收由此所生成的回波数据。控制电路连接到多个发射器和接收器电路，以控制电信号的传输以及处理所接收的回波数据。模数转换器连接到集成电路，以数字化处理的回波数据。控制单元连接到模数转换器，以接收经数字化处理的回波数据以及将其处理为A扫描总和数据。A扫描总和数据然后通过数字接口来传送。
[0010]在另一个实施例中，公开一种处理超声数据的方法。该方法包括接收有源集成超声探头所生成的输出数据，该输出数据包括波束形成数据。执行波束形成数据的扫描转换，以及将波束形成数据抽选为对显示屏幕上的显示兼容的格式。扫描转换的波束形成数据结合到体积数据中，并且然后在显示屏幕上渲染和显示。
[0011]本发明的这个概述仅意在按照一个或多个说明性实施例来提供本文所公开主题的简述，而不是用作解释权利要求书或者限定或限制仅由所附权利要求书来限定的本发明的范围的指南。提供本概述以便以简化形式介绍概念的说明性选择，下面在详细描述中进一步描述。本概述不是要确定要求保护主题的关键特征或基本特征，也不是要用于帮助确定要求保护主题的范围。要求保护主题并不局限于解决背景中所述的任何或全部缺点的实现。
【附图说明】
[0012]为了能够理解本发明的特征的方式，本发明的详细描述可通过参照某些实施例进行，其中一部分在附图中示出。但是，要注意，附图仅示出本发明的某些实施例，因此不是要被认为对其范围的限制，因为本发明的范围包含其他同样有效的实施例。附图不一定按照比例绘制，重点一般在于示出本发明的某些实施例的特征。附图中，相似的标号用于在各个视图中通篇表示相似的部分。因此，为了进一步了解本发明，能够结合附图来参照以下详细描述，附图包括:
图1是示范相控阵集成有源超声探头的示意图；
图2是连接到图1的示范相控阵集成有源超声探头的示范处理单元的简图；以及图3是由连接到图1的集成有源超声探头的通用处理单元所执行的示范处理序列的流程图。
【具体实施方式】
[0013]图1示出集成有源超声探头100。在一个实施例中，集成有源超声探头100包括各连接到发射器和接收器电路112的超声换能器102的阵列101。发射器和接收器电路112的发射器部分各包括脉冲发生器114，其将电脉冲传送给超声换能器102的所连接超声换能器。脉冲发生器114生成电脉冲，其由控制电路103来协调并且由发射器延迟电路115 (包括用于控制波束调向的延迟)来缓冲。
[0014]发射器和接收器电路112的接收器部分包括:放大器116 ;以及接收器延迟117，用于接收所连接超声换能器102之一所检测的超声回波。除了控制