[发明专利]一种分段聚焦的超声相控阵环阵设计方法

权利要求书

1.一种分段聚焦的超声相控阵环阵设计方法，包括环阵探头，其特征在于：包括以下设计方法步骤：

S1、将环阵探头的应用聚焦范围分为终点按整数m等比排列的若干段，根据设定的聚焦系数，依次对每段焦距范围设计所需的环阵阵元尺寸和阵元数量，后续的焦距段在前面焦距段阵列之外增加若干阵元环，其各个环的外径增量基数随焦距段数的增大而增大；

S2、将环阵探头的应用聚焦范围分为终点按整数m等比排列的若干段，假设最近焦距F₁，最远焦距F₂，焦距分段为：F₁到mF₁、mF₁到m²F₁、……m^T-1F₁到m^TF₁，这里T是总的扩展焦段数，使得m^T-1F₁小于F₂，而m^TF₁大于等于F₂；设定整数的聚焦系数k，k是声束合成孔径的近场距离N和焦距分段内最大焦距的比值，则第一段焦距范围的阵元数是m*k，各个阵元外径是这里n∈[1，m*k]，是阵元序号；λ是超声波长；其中:s是新增阵元序号，s∈[1,(m-1)*k]；λ是超声波长；

S3、设定整数的聚焦系数k；确定第一焦距段的阵元数m*k；确定该段各个阵元的外径以后每个焦距段增加(m-1)*k个阵元，各个阵元的外径是其中：s是新增阵元在段内的序号，s∈[1，(m-1)*k]；t是所处焦距段的序号,t∈[1，T]；以各个焦距段的起点为临界的近场距离，计算基圆的孔径是基圆内所有点到达焦距段内的超声传输延时相位是同符号的，因此基圆以作为菲涅尔环阵的第一个圆，以此为基本尺寸可设计m*k个阵元的菲涅尔环阵，该环阵的前k个阵元将和前一焦距段的菲涅尔环阵重叠，每个阵元是内层菲涅尔环整数阵元的集合，依次类推到第一个焦距段的菲涅尔环阵；

S4，应用焦距范围整数m等比例分段的方法，整数倍等比扩大的分段方法使各段的起始焦距成整数倍比例关系，从而使内圈阵元按每整数m个阵元组成为后续焦距段的单元组，每组阵元的和对后续焦距段仍然足够小，和新增的阵元面积相匹配，共同聚焦到后段焦距；

S5，根据每段焦距范围的起点确定新增阵元尺寸的方法，该方法确定焦距段新增阵元半径的平方差等于相邻起点焦距m^tλF₁，其中，阵元面积为常数；

S6，设定整数倍的最小聚焦系数k确定分段阵列阵元数量和外径的方法，聚焦系数k和焦距分段的比例系数m确定了各段阵元的数量m*k，也确定了各段阵元的最大孔径，保证了聚焦性能，整数倍的最小聚焦系数k设计还使得较前焦距段设计的内层的阵元数m*k能够组成整数k个组。

2.根据权利要求1所述的一种分段聚焦的超声相控阵环阵设计方法，其特征在于：所述环阵探头设置成一个20阵元环阵探头。

3.根据权利要求1所述的一种分段聚焦的超声相控阵环阵设计方法，其特征在于：所述环阵探头的型号是：HS5R20F5m2k4，中心频率5MHz；阵元数20的圆环阵列；最近聚焦距离5mm，采用比例数m为2的焦距扩展因数，最远聚焦距离可达80mm；最大阵元外直径39mm，阵元按外径尺寸切割，槽宽为φ,则在0.015mm≦φ≦0.1mm之间。

4.根据权利要求1所述的一种分段聚焦的超声相控阵环阵设计方法，其特征在于：所述(m，k)参数为：(2，2)、(2，3)、(3，2)、(3，3)、(4，2)。