[發(fā)明專利]應用于超聲顯微的全時域波形采集與分析技術

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110288308.7
• 申請日: 2011-09-22
• 公開（公告）號: CN103018330A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設計）人: 徐春廣;劉中柱;門伯龍;趙新玉;肖定國;郭祥輝;楊柳;李喜朋;閻紅娟
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06;G01N29/36;G01N29/44
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術領域

本發(fā)明涉及一種應用于超聲顯微檢測系統(tǒng)中的信號采集與分析方法，適用于半導體材料、電子封裝和生物組織的超聲檢測領域。

二、背景技術

超聲波顯微掃描(Scanning?Acoustic?Microscopy，簡稱SAM)檢測技術是一種新型的無損檢測技術，它可以無損、精細、高靈敏度地觀察物體內(nèi)部及亞表層結構，在微電子、光電子、材料、機械、航空航天、力學、摩擦、生物等領域得到了日益廣泛的應用，能觀察不同深度(從表層到數(shù)十毫米深)存在的尺度為微米到百微米的結構。

在超聲顯微檢測中，由于采用的超聲換能器均為高頻聚焦探頭(中心頻率一般在20MHz以上)，因而其AD采樣頻率也很高，一般在500MHz以上；同時，超聲顯微檢測系統(tǒng)要求的掃查精度也很高(微米到百微米)，這些導致在掃查過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量很大。以采樣頻率500MHz為例，當每個A掃信號的采樣時長為4μs、掃查長度為20mm×20mm、步距精度為20μm、8位采樣精度時，其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量就為2GB，這對系統(tǒng)的內(nèi)存要求相當高，而當采樣更高頻率的超聲探頭和AD采樣卡，對更大的試樣進行檢測時，其數(shù)據(jù)量更是成倍增加。因此，很難實現(xiàn)全時域波形的采集，這給后期的分析帶來了困難。

三、發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種能對超聲顯微檢測中的超聲回波信號進行全時域波形采集和后期分析的方法。

本發(fā)明采用數(shù)據(jù)壓縮技術來大幅減小采集的數(shù)據(jù)量，并存儲在便盤文件中；在后期處理時，分段載入，進行解壓和分析，通過設置不同的時間閘門位置來得到試樣內(nèi)不同深度位置的C掃圖像(如圖1所示)，而不需要進行多次C掃描；同時可以得到任意位置的B掃和D掃圖像(分別如圖2和圖3所示)，使用戶獲取到試樣中感興趣的各個水平和縱向剖面的信息。

四、附圖說明

圖1應用全時域波形數(shù)據(jù)得到的不同深度位置的C掃圖像

圖2應用全時域波形數(shù)據(jù)得到的B掃橫向剖面圖像

圖3應用全時域波形數(shù)據(jù)得到的D掃縱向剖面圖像

五、具體實施方式

下面對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明：

超聲顯微在一般的工作模式(C掃)下，是在水平面上移動超聲探頭，采集各個位置入射方向上的A掃信號，通過對閘門內(nèi)的數(shù)據(jù)(如幅值、幅值到達時間等)進行處理并進行成像。一般的A掃信號采樣窗口如圖1中的A掃反射回波波形所示，除了超聲脈沖遇到界面時發(fā)生反射產(chǎn)生變化較大的波形外，在均質(zhì)材料內(nèi)部是不會產(chǎn)生反射波形的，此時信號幅值為0(或近于0)。成像時對這部分信號是不予關注的，因此，可以在采集和存儲時對無反射回波部分進行壓縮，用數(shù)據(jù)為0時的起始位置和長度來表示空回波部分，可以大幅減少信號的數(shù)據(jù)量。在使用時再把它用相反的過程還原出原來的信號進行分析。

后期分析時，從硬盤上讀取超聲顯微數(shù)據(jù)文件。由于內(nèi)存空間有限，一般不能一次性將所有數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)存中，可以分段讀入，處理后再讀入下一段數(shù)據(jù)，這樣既能得到所有需要的數(shù)據(jù)，又不會對內(nèi)存造成過大的負擔。

得到了全部需要的數(shù)據(jù)后，就可以對這些數(shù)據(jù)進行處理分析了：

C掃成像時讀取時間閘門內(nèi)各點的正向幅值和負向幅值，可以用正向峰值、負向峰值或峰峰值等方式，用不同顏色表示相應的峰值，從而實現(xiàn)C掃成像，成像結果示意圖如圖1右側(cè)的C掃三幅圖所示。

B掃成像時讀取光標指示位置上橫向剖面上各點的A掃數(shù)據(jù)，用不同顏色表示A掃信號上不同時間的信號強度，便可完成B掃橫向成像，成像結果示意圖如圖2下側(cè)的B掃圖所示。

D掃成像類似于B掃成像，只是方向為縱向，它讀取光標指示位置上縱向剖面上各點的A掃數(shù)據(jù)，用不同顏色表示A掃信號上不同時間的信號強度，便可完成D掃縱向成像，成像結果示意圖如圖3右側(cè)的D掃圖所示。

綜合上述過程，便可實現(xiàn)超聲顯微的全時域波形采集與分析。