[發明專利]一種基于光聲效應測量超聲場分布的裝置及方法

有效

• 申請號: 201910103779.2
• 申請日: 2019-02-01
• 公開（公告）號: CN109781241B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 熊科迪;王巍;楊思華
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發明公開了一種基于光聲效應測量超聲場分布的裝置及方法，用于精準測量任意超聲場分布，該裝置包括計算機、FPGA、脈沖激光器、激光頭、數據采集模塊、圖像處理模塊、三維位移平臺、樣品、激光水平校準器、垂直電動導軌、距離傳感器、超聲換能器擺放臺、高倍聚焦物鏡、樣品擺放臺、底座、聲耦合槽、聲耦合液。其中，樣品是作為脈沖激光信號和超聲信號轉化的媒介，樣品吸收脈沖激光能量并將其轉化為超聲信號被被測超聲換能器所接收，超聲換能器根據自身聲場分布，并且根據接收來自樣品的超聲信號的權重不同，則能準確反映出超聲換能器的聲場分布。與現有技術相比，本發明具有可以精準測量任意超聲換能器超聲場分布等優點。

技術領域

本發明涉及超聲場測量研究技術領域，具體涉及一種基于光聲效應高精度測量超聲場分布的裝置及方法。

背景技術

在超聲醫療設備和一些超聲工業精密儀器或超聲探傷領域當中，常常為了在圖像上獲得毫米量級或以上的分辨率，而選用主頻在幾兆赫茲或幾十兆赫茲的超聲換能器。而這些換能器在聲焦處甚至非聲焦處的聲斑直徑常常在μm的量級。而目前常用的測量換能器聲場的方法有兩種，一種是基于水聽器的直接測量法，另一種是基于聲反射回波測量法。但是，目前由于工藝加工水平的限制，水聽器的探針直徑一般在幾百μm至1mm左右。

在論文《基于水聽器超聲聲場特性參數測量研究》中，詳細說明了水聽器的各種聲學參數，其中包括一般水聽器針尖直徑在0.5mm-1.5mm之間。這不僅影響了測量的空間分辨率，也無法準確反映甚至無法分辨較高頻超聲換能器的聲場分布。基于聲反射回波測量聲場的方法的缺點與基于水聽器的直接測量法類似。

在《超聲探頭聲場參數測量的研究》中說明了在反聲法測量聲場的方法中，反聲小球所選用的直徑一般在1mm-5mm，反聲小球的直徑由于工藝限制無法做到μm的量級，所以測得的聲場分布不準確甚至無法分辨聲場。

近些年來，高頻聚焦式換能器在很多領域比如超聲醫療設備和一些超聲工業精密儀器或超聲探傷領域當中得到了廣泛的應用。由于其焦斑處的波束寬度在毫米甚至毫米以下量級，焦斑附近的聲場變化十分迅速，繼續使用探針水聽器或聲反射法進行測量，結果的準確性將會進一步降低，會得到一個不準確的聲場分布。

使用激光聚焦成幾個μm的光斑可對高頻聚焦式超聲換能器的聲場進行精密的測量，當脈沖激光照射到樣品表面時，樣品的光吸收域將產生超聲信號，這種由光激發產生的超聲信號為光聲信號。樣品產生的光聲信號攜帶了樣品的光吸收特征信息，當樣品為材質均勻樣品時，則在樣品表面任一點產生光聲信號的強度則相同，那么由于超聲換能器聲場分布不同，則接收來自均勻樣品產生的相同強度的光聲信號的權重則不同，那么通過探測光聲信號就能重建出十分精細的超聲換能器聲場的分布。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中的上述缺陷，提供一種基于光聲效應高精度測量超聲場分布的裝置及方法。

本發明的第一個目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種基于光聲效應高精度測量超聲場分布的裝置，用于精準測量任意超聲場分布，該裝置包括計算機、FPGA、脈沖激光器、激光頭、高倍聚焦物鏡、三維位移平臺、樣品調向裝置和聲耦合槽，其中，所述的樣品調向裝置位于聲耦合槽中，所述的聲耦合槽盛有聲耦合液，所述的三維位移平臺位于聲耦合槽的外圍，所述的脈沖激光器固定于三維位移平臺，且位于樣品調向裝置的上方，所述的激光頭與脈沖激光器相連，作為脈沖激光器的出光口，通過計算機控制相連的三維位移平臺帶動激光頭實現三維移動，所述的高倍聚焦物鏡固定于激光頭出光口，其光路與脈沖激光器光路一致，

所述的樣品調向裝置包括激光水平校準器、距離傳感器、樣品擺放臺、垂直電動導軌、超聲換能器擺放臺、底座，