[发明专利]基于柔性超声相控阵的牛科动物生长状况监测装置与方法

权利要求书

1.基于柔性超声相控阵的牛科动物生长状况监测装置，其特征在于包括若干个无线柔性超声相控阵检测端与一个数据处理中心；无线柔性超声相控阵检测端与数据处理中心之间通过无线网络及光纤通信网络进行网络连接和数据通信；无线柔性超声相控阵检测端完成相控超声信号的发射和接收；数据处理中心则根据各个无线柔性超声相控阵检测端的接收信号数据，完成检测参数计算、检测成像、综合分析的数据处理。

2.根据权利要求1所述的基于柔性超声相控阵的牛科动物生长状况监测装置，其特征在于所述数据处理中心包括数据处理服务器、数据存储服务器、多任务管理服务器、人机交互平台和通信模块；其中数据处理服务器、数据存储服务器、人机交互平台、通信模块分别与多任务管理服务器相连接；数据处理服务器与数据存储服务器相连接；所述数据处理服务器负责各个无线柔性超声相控阵检测端检测参数的计算以及各个无线柔性超声相控阵检测端发送过来数据的处理；数据存储服务器用于存储数据处理中心所接收的检测数据；所述人机交互平台用于人机交互中的检测参数输入与控制，以及检测处理结果的显示；所述通信模块用于数据处理中心与各个无线柔性超声相控阵检测端之间的网络连接及数据通信。

3.根据权利要求1所述的基于柔性超声相控阵的牛科动物生长状况监测装置，其特征在于所述无线柔性超声相控阵检测端包括柔性探头模块、超声发射模块、超声接收模块、控制模块、输入模块和无线模块，其中柔性探头模块分别与超声发射模块、超声接收模块连接；控制模块分别与超声发射模块、超声接收模块、输入模块、无线模块连接；所述超声发射模块用于驱动柔性探头模块中的超声相控阵探头发射超声波；所述超声接收模块用于接收和处理回波信号；所述柔性探头模块用于声电信号的相互转换；所述输入模块用于牛科动物编号与无线柔性超声相控阵检测端控制命令的输入；所述无线模块用于无线柔性超声相控阵检测端与数据处理中心之间通信数据的收发；所述控制模块用于控制超声的发射与接收、柔性超声相控换能器阵列的收发切换、柔性探头模块中柔性超声相控阵探头各个阵元的收发延时以及无线模块数据的发送与接收。

4.根据权利要求3所述的基于柔性超声相控阵的牛科动物生长状况监测装置，其特征在于所述柔性探头模块由柔性超声相控阵探头、多路开关、相控阵延时单元组成，其中柔性超声相控阵探头由多个柔性集成化超声换能器阵元排列而成，采用二维的面型排列结构，柔性超声相控阵探头中各阵元之间的相对位置是可调的；

所述超声发射模块由顺次连接的发射控制单元、波形形成器、D/A转换器和功率放大器组成，其中超声波信号选用频率范围为1~5MHz的超声脉冲串，其波形参数存储于波形形成器中；

所述超声接收模块由顺序连接的程控放大器、A/D转换器和数字滤波器组成；

所述控制模块由微处理器、延时控制单元、存储器和数据缓存单元组成，微处理器分别与延时控制单元、存储器和数据缓存单元连接；

所述控制模块通过向无线模块发出指令，与数据处理中心进行网络连接与数据通信；在发射超声检测信号时，控制模块向发射控制单元发出控制指令，并通过延时控制单元设置相控阵延时单元中各个阵元通道的发射延时和发射相移，此时多路开关调整为打开发射的状态；在接收超声检测信号时，多路开关调整为打开接收的状态，控制模块通过延时控制单元设置相控阵延时单元中各个阵元通道的接收延时和接收相移。

5.基于柔性超声相控阵的牛科动物生长状况监测方法，使用权利要求1～4任一项所述监测装置，其特征在于无线柔性超声相控阵检测端的工作流程包括以下步骤：

步骤11，确定无线柔性超声相控阵检测端柔性探头模块的超声发射中心频率、阵列形式和阵列大小；

步骤12，输入监测的牛科动物编号，然后在检测对象表面涂上超声耦合剂，将无线柔性超声相控阵检测端的超声发射模块与监测对象表面充分接触，并将无线柔性超声相控阵检测端进行固定；

步骤13，发射和接收超声相控阵检测信号，对柔性超声探头模块中各个阵元进行定位检测，然后将接收到的超声相控阵检测信号数据发送至数据处理中心；

步骤14，根据接收到数据处理中心的检测参数发射超声信号，然后将接收到的超声相控阵检测回波信号数据发送至数据处理中心；

步骤15，若收到数据处理中心调整参数的控制命令，则按照数据处理中心发送来的新的检测参数进行检测参数调整，重复步骤15；若收到数据处理中心检测完成的控制命令，无线柔性超声相控阵检测端进入休眠状态；

步骤16，当收到数据处理中心启动检测任务的指令时，重新进入工作状态，返回步骤13；

所述数据处理中心的工作流程包括以下步骤：

步骤21，选择需要检测的牛科动物编号与检测的内容，数据处理中心向需要启动检测的无线柔性超声相控阵检测端发送启动检测任务的指令；

步骤22，接收到无线柔性超声相控阵检测端的连接请求时，根据无线柔性超声相控阵检测端的连接信息进行判断是否允许无线柔性超声相控阵检测端连接；若不允许连接，则向申请连接的无线柔性超声相控阵检测端发送拒绝连接的信息；若允许连接，则记录无线柔性超声相控阵检测端的连接信息，并建立与之对应的检测任务；

步骤23，数据处理中心接收到无线柔性超声相控阵检测端的阵元检测数据时，多任务服务器进入与该无线柔性超声相控阵检测端相对应的检测任务，由数据处理服务器根据各个阵元回波信号的时域相关性计算所选阵元与参考阵元的相对位置，多任务服务器通过通信模块将所选阵元的相对位置数据反馈至无线柔性超声相控阵检测端；

步骤24，数据处理中心接收到无线柔性超声相控阵检测端的监测对象检测数据时，首先将监测对象检测数据存储于数据存储服务器，然后由多任务管理服务器判断当前的检测任务是否已完成；

步骤25，如果检测任务仍未完成，则重新调整检测的位置，并利用自适应聚焦算法对各个阵元的预设相位初值进行发射/接收参数的调节，然后通过通信模块向无线柔性超声相控阵检测端发送需要调整的检测参数；

步骤26，如果检测任务已完成，数据处理中心向无线柔性超声相控阵检测端发送检测完成的命令，然后依次完成以下步骤：

步骤26.1，根据当前检测任务存储于数据存储服务器中的检测数据进行超声成像处理；

相控阵检测端的历史检测任务的检测结果进行综合分析，画出所监测牛科动物随时间变化的生长情况变化曲线；

步骤26.3，将所监测不同的牛科动物生长情况变化曲线进行对比分析；

步骤26.4，将所监测牛科动物的资料、超声成像图像、所监测牛科动物生长情况变化曲线以及所监测不同的牛科动物生长信息对比曲线的检测结果在人机交互平台上显示；

步骤26.5，终止检测任务，并断开与该无线柔性超声相控阵检测端的网络连接。