[发明专利]超声聚焦探头参数标定方法

说明书

一种超声聚焦探头参数标定方法能获得探头具体参数值，从而有利于实现对探头的标定和数值分析，其中以步进距离d在Z方向向上移动所述聚焦探头，记录各位置的超声反射信号s(z,t)，对s(z,t)进行傅里叶变换，得到F[s(z,f)]曲线，获得探头的中心频率；对测得的S(z,t)进行二维傅里叶变换获得一组数据F[S(z,f)]，选择一个频率f下的数据，即得到该频率下该标样的声学特征曲线的实验值V_Exp(z)；计算获得该标样声学特征曲线的理论计算值V_Cal(z)，并对标样声学特征曲线实验测量值V_Exp(z)和计算值V_Cal(z)进行迭代拟合，以获得聚焦超声探头的参数以及孔径函数。

技术领域

本发明涉及有关超声聚焦探头的检测方法，尤其涉及超声聚焦探头的参数标定方法。

背景技术

超声显微镜是一种新型的无损检测仪器，它利用高频聚焦超声波对物体进行无损检测，可对物体内部及亚表面结构进行高精度、高灵敏度的检测，可观察从表层到数十毫米深度范围内存在的微米到亚微米尺度结构。超声显微镜检测具有高灵敏度、高分辨率和图像直观等特点，目前已广泛应用于电子工业、医学、材料科学等领域。

超声显微镜一般采用水作耦合剂，使用水浸聚焦超声探头进行检测。聚焦超声探头是一种能实现声束聚焦的超声波换能器，根据聚焦方式分为点聚焦和线聚焦超声波换能器。聚焦超声换能器的选取对超声显微镜检测效果有着很重要的影响，它的主要性能指标有直径、弧度角、频率、焦距、焦区声束宽度等。

超声显微镜的工作模式主要有以下三种：1)内部成像，即将声束聚集在样品内部进行扫查成像；2)表面、亚表面成像，即从表面反射波中获取表层和亚表层结构信息；3)z轴扫描工作模式，即沿着样品的z轴扫描，在不同的z值下获得反射信号，得到反射信号和z的关系V(z)，即该样品的声学特征曲线。

在V(z)工作模式下，反射声波信号与聚焦探头参数、声波反射系数及聚焦深度Z存在如下关系：

其中，a是聚焦探头晶片半径，β为晶片弧度角，θ表示入射角，k是波数，C是常数，P(θ,ka)是一个与探头类型有关的函数，称为孔径函数，点聚焦探头和线聚焦探头有不同的表达式。

可见探头性能参数，如晶片直径、晶片弧度角和孔径函数等的标定是对测量数据进行定量分析和对探头进行数值模拟的基础。然而关于超声显微镜的研究较少，对聚焦探头参数标定方法也缺乏研究。目前对探头参数的标定一般采用测量工具进行直接测量值，然而直接测量由于是手工操作，受人为因素影响较大，测量结果精度不高，难以满足定量分析和数值模拟的要求。中国专利文献CN101539542A提供了一种水浸聚焦探头性能测试装置及其测试方法，可测得超声聚焦探头的焦距、声束宽度、焦点直径、声束偏斜角等参数，但该方法不能获得聚焦探头晶片半径、晶片弧度角等参数，也不能获得探头的孔径函数从而对探头进行数值分析。因此希望通过一种有效的测试方法对聚焦超声探头性能参数进行标定，获得探头具体参数值，从而实现对探头的标定和数值分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声聚焦探头参数标定方法，其能获得探头具体参数值，从而有利于实现对探头的标定和数值分析。

一种超声聚焦探头参数标定方法包括下述步骤：

a、制备超声检测标样，所述标样采用已知声反射系数R(θ)的材料；

b、将所述标样放入超声显微镜设备的工作槽的耦合剂内，使所述超声显微镜设备的聚焦探头的轴向方向与所述标样的反射表面保持垂直；

c.在与所述标样的反射表面垂直的Z轴方向上调整所述聚焦探头的位置，使得测得的超声反射信号最大，此时所述聚焦探头与所述标样的反射表面的距离即为所述聚焦探头的焦距D，将此时所述聚焦探头的Z轴方向的位置设置为零，且在-Z方向将所述聚焦探头移动一段距离，该距离小于D；