[发明专利]一种去除超声探头响应特性的超声波信号处理方法

权利要求书

1.一种去除超声探头响应特性的超声波信号处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、制作标准大平面试块(4)；所述标准大平面试块(4)的形状为圆柱形，所述标准大平面试块(4)的底面半径Φ＝6D，所述标准大平面试块(4)的高度H的取值范围为其中λ为超声波在标准大平面试块(4)中的波长，当所述超声探头(1)为圆形超声探头时，D为超声探头(1)的直径；当所述超声探头(1)为矩形超声探头时，D为超声探头(1)的长度；

步骤二、采集超声探头(1)在标准大平面试块(4)的底面回波：将超声探头(1)放置在标准大平面试块(4)的顶部中心处，操作与超声探头(1)连接的超声波探伤仪(2)，采集超声探头(1)在标准大平面试块(4)的底面一次回波y(t)并传输给计算机(3)；

步骤三、计算标准大平面试块(4)的空间脉冲响应：将所述超声探头(1)的换能器分割成边长为a的正方形微元，并将所述标准大平面试块(4)的底面分割成边长为b的正方形微元，所述计算机(3)根据公式计算标准大平面试块(4)的空间脉冲响应h(t)；其中，*为卷积运算，ρ为标准大平面试块(4)的密度，S_r为超声探头(1)的换能器的表面面积，S_f为标准大平面试块(4)的底面面积，r_f为标准大平面试块(4)的底面微元的位置矢量；r_tf为超声探头(1)的换能器微元到标准大平面试块(4)的底面微元的位置矢量，r_fr为标准大平面试块(4)的底面微元到超声探头(1)的换能器微元的位置矢量，h(r_fr)为位置矢量r_f处标准大平面试块(4)的底面微元对位置矢量r_r处超声探头(1)的换能器微元的空间脉冲响应且r_r为超声探头(1)的换能器微元的位置矢量，S'为位置矢量r_f处标准大平面试块(4)的底面微元的面积，c为超声波在标准大平面试块(4)中的速度，t为时间，δ()为狄利克雷函数；h(r_f)为超声探头(1)对位置矢量r_f处标准大平面试块(4)的底面微元的空间脉冲响应且S_t为超声探头(1)的换能器的表面积；θ_fr为位置矢量r_f处标准大平面试块(4)的底面微元和位置矢量r_r处超声探头(1)的换能器微元之间向量与标准大平面试块(4)的底面法向量间的夹角，r_p(θ_fr)为超声波作用在位置矢量r_f处标准大平面试块(4)的底面微元时的反射系数且m为密度比且ρ₁为空气的密度，n为折射率且c₁为超声波在空气中的速度；

步骤四、反卷积求探头响应特性，具体过程为：

步骤401、计算机(3)将超声探头(1)在标准大平面试块(4)的底面一次回波y(t)表示为超声探头(1)的响应v(t)与标准大平面试块(4)的空间脉冲响应h(t)的时域卷积，用公式表示为y(t)＝v(t)*h(t)；

步骤402、对公式y(t)＝v(t)*h(t)进行反卷积，得到超声探头(1)响应的频域表达式其中，H(ω)为h(t)的傅利叶变换，用公式表示为H(ω)＝FFT(h(t))；Y(ω)为y(t)的傅利叶变换，用公式表示为Y(ω)＝FFT(y(t))；

步骤五、对实际检测中的超声回波信号k(t)进行维纳滤波反卷积计算，得到去除了超声探头(1)响应特性的被检测物质的响应函数其中，IFFT()为傅里叶反变换，K(ω)为k(t)的傅利叶变换，用公式表示为K(ω)＝FFT(k(t))；V(ω)^*为V(ω)的共轭，Q为噪声信噪比；

步骤五中所述Q的取值根据公式Q²＝0.07max(|V(ω)|)²计算得到，其中，max()为求最大值的运算；

步骤三中所述a的取值范围为0.5λ≤a≤λ，步骤三中所述b的取值范围为λ≤b≤2λ。