[发明专利]一种扫描超声波显微镜同时进行多层扫描成像的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种扫描超声波显微镜同时进行多层扫描成像的方法，尤其是一种适用于多层材料缺陷检测的多层同时扫描成像方法。

背景技术

扫描超声波显微镜因为其无损、可对内部结构扫查、辐射小等优点广泛应用于电子芯片、微纳米器件的检测，成为精密无损检测领域内不可替代的设备。大多数扫描超声波显微镜是采用脉冲回波技术工作的，即一个特殊的声学组件（如超声波探头）发射、接收高频短脉冲的声波。扫描超声波显微镜整体结构如图1所示。被测材料浸没于水中，超声波探头通过夹具固定于Z轴直线电机的动子上，用来发送超声波信号和接收从被测材料返回的超声波回波信号，超声波回波信号经信号处理之后可转化为相应的灰度图。若要得到整个被测材料的二维图像，则需要通过X、Y两轴的直线电机的机械运动使探头完成整个XY平面内的扫描。整个平台的机械运动控制、信号采集、图像处理等工作都通过一台计算机完成。计算机屏幕上可以实时地得到被测材料的扫描图像。

如图2所示，超声波波①垂直入射到被测材料中，采集到的超声波回波有上表面回波②、中间缺陷的回波③和下表面回波④，这三种回波分别对应于图3所示的数字示波器中，这就是A扫描图像，携带了被测材料某一点处沿深度方向（即Z方向）的超声波回波信息。扫描超声波显微镜常用的成像方式是C扫描成像，工作原理为：在A扫描图像中设定一个门限以截取所感兴趣的深度上的回波信号，如上表面回波或者中间缺陷回波等。当电机带动探头在XY平面内逐行扫描的时候，计算机自动获取该门限中的信号的最大值，作为扫描成像的像素灰度值。

但是为了获取被测材料尤其是多层复合材料的更完整的检测结果，需要得到不同层的扫描图像。而现在扫描超声波显微镜的扫描模式还都是以A、B、C三种扫描模式为主。要获取多层图像，就需要改变Z轴电机位置，将超声波探头定位到不同深度进行C扫描成像。但这种操作都很费时，扫描时间与扫描层数成正比。为了适应多层材料（如复合材料等）的检测，高效率地得到其不同层的图像，发明一种扫描超声波显微镜同时获得被测材料不同层图像的方法尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为解决上述问题，提供一种扫描超声波显微镜同时进行多层扫描成像的方法。

扫描超声波显微镜同时进行多层扫描成像的方法的步骤如下：

1）扫描超声波显微镜开机后，超声波聚焦探头发射并接收脉冲式超声波，将探头移动到被测材料的正上方；

2）确定所需扫描的多层图像所处的深度方向的范围[z₁,z₂]，控制Z轴电机移动，使超声波聚焦探头的焦斑处于此范围的中间位置 (z₁+z₂)/2； 

3）在扫描超声波显微镜的计算机显示器上得到被测材料在XY平面内某一点对应的A扫描图像；

4）将该点A扫描图像在深度范围[z₁,z₂]内的部分放大，使之布满整个A扫描数字示波器的窗口；

5）设定沿被测材料深度方向所要获取的多层图像的层数N，把该A扫描图像沿横坐标轴即时间轴方向等分成N个区间；

6）分别取划分好的N个区间内回波信号的最大值，并转换为对应的N个灰度值，即为N层图像在该位置上的像素点的灰度值大小；

7）控制电机带动超声波聚焦探头在XY平面内逐行扫描，对于N层图像上的每个位置点都重复权利要求1中步骤6），同时得到N幅图像。

本发明的优点在于，在一次C扫描的时间内，同时对材料多个层面进行成像，得到被测材料的更详尽的检测结果，以便于分析。

附图说明

图1是扫描超声波显微镜硬件结构示意图；

图2是扫描超声波显微镜中探头接收超声波回波示意图；

图3是扫描超声波显微镜的A扫描模式示意图；

图4是一幅一块多层复合材料上某一点所对应的A扫描图像，显示于扫描超声波显微镜的数字示波器中；

图5 是一幅放大后布满整个示波器窗口的A扫描图像；

图6 是扫描超声波显微镜对于一块多层复合材料进行多层同时扫描的图像结果。

具体实施方式