[发明专利]一种圆形换能器空间脉冲响应的快速确定方法

说明书

技术领域

本发明属于换能器空间脉冲响应确定技术领域，具体涉及一种圆形换能器空间脉冲响应的快速确定方法。

背景技术

在实际的超声检测系统中，一般使用尖脉冲作为激励信号，换能器工作在暂态状态，要对换能器辐射空间的声场进行有效的分析，就要研究换能器的脉冲声场理论。虽然可以利用频谱分析，把脉冲波看作很多个单频波的叠加，进而得到脉冲波的声场，但这种方法都要进行大量的计算，限制了其应用范围。根据线性系统理论，Stepanishen在1971年《TheJournaloftheAcousticalSocietyofAmerica(美国声学学报)》第49卷第5期第1629-1638页发表的文章《Transientradiationfrompistonsinaninfiniteplanarbaffle(刚性平面活塞源的暂态声场)》中提出了基于空间脉冲响应的声场模型，可以用来描述脉冲波声场，相比于有限元、时域有限差分等声场仿真方法，空间脉冲响应因为计算精度和计算效率都很高，被认为是声场仿真计算的“黄金准则”。Jensen在2001年《JournalofComputationalAcoustics(计算声学)》第9卷第3期第731-744页发表的文章《Speed-accuracytrade-offsincomputingspatialimpulseresponsesforsimulatingmedicalultrasoundimaging(医学超声成像模拟时计算空间脉冲响应的效率和精度问题)》中将换能器分割成很多微小阵元，对各阵元空间脉冲响应与激励信号的卷积求和，进而得到换能器的声场，该方法需要对大量阵元的空间脉冲响应进行计算，计算效率较低。因此，一些近似的方法被提出来，菲涅耳近似要求分割的阵元尺寸满足特定的条件，即(a为阵元宽度，l为观察点到声源的距离，λ为波长)，这种近似方法限制了计算点的位置以及声束的偏转范围，特别是当计算点离探头距离较近里，微小阵元的数目就会特别巨大，计算效率很低。D’hooge等在1997年《TheJournaloftheAcousticalSocietyofAmerica(美国声学学报)》第102卷第1期第78-86页发表的文章《Thecalculationofthetransientnearandfarfieldofabaffledpistonusinglowsamplingfrequencies(用低采样频率计算刚性障板近场和远场区的瞬态声场)》中提出了一种用较低采样频率计算远场空间脉冲响应的方法，但该方法要求探头是有限带宽，限制了声场的高频成份。空间脉冲响应直接计算，不受计算点空间位置以及远近场的限制，但为了保证计算精度，对于远场区的观察点，空间脉冲响应持续时间很短，要采用很高的采样频率，导致数据量大、计算效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种圆形换能器空间脉冲响应的快速确定方法，其方法步骤简单，实现方便，圆形换能器空间脉冲响应确定的精度和效率高，可扩展型号，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种圆形换能器空间脉冲响应的快速确定方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、在数据处理器上输入圆形换能器的直径D和圆形换能器辐射范围内需确定空间脉冲响应的空间点P的坐标(x,y,z)；

步骤二、首先，数据处理器根据圆形换能器的直径D，对应找到存储在其中的直径为D的圆形换能器平面上点的空间脉冲响应表；然后，数据处理器根据公式计算得到空间点P在圆形换能器平面上的投影点的空间脉冲响应的编号j，并根据编号j查找得到空间点P在圆形换能器平面上的投影点P′(x,y,0)的空间脉冲响应h(0,y,0,t)；其中，s为取点空间步长，s的取值为0.05mm～1mm且为正整数；t为时间；

其中，直径为D的圆形换能器平面上点的空间脉冲响应表为圆形换能器平面上点的编号与圆形换能器平面上点的空间脉冲响应的对应关系表，其获得方法如下：

步骤201、参数设置：在数据处理器上输入圆形换能器的直径D、取点空间步长s和超声波在介质中的声速c；