[发明专利]一种动态光弹超声成像方法和系统

说明书

本发明涉及一种动态光弹超声成像方法和系统，该系统包括：同步延时系统、超声发射系统和超声换能器，还包括平行光束产生单元、起偏器、样品放置点、检偏器、成像透镜和采集单元；其中，所述样品放置点，位于所述起偏器和所述检偏器之间，用于放置观测样品；所述平行光束产生单元，用于产生光强分布均匀的平行光束；所述起偏器和检偏器，用于对平行光束进行处理，得到高信噪比的光脉冲信号；所述成像透镜，用于将接收的光脉冲信号进行成像；所述采集单元，用于多次采集经过所述成像透镜的光脉冲信号，然后进行叠加，实现超声成像。本发明可显著提高系统灵敏度，实现更好的超声成像效果，并观测固体内部微弱的超声场。

技术领域

本申请涉及超声学技术领域，尤其涉及固体中超声声场的成像和系统，具体涉及一种动态光弹超声成像方法和系统。

背景技术

固体中超声声场的定量测量对于研究超声在固体中的传播和散射规律，开发超声无损检测新技术具有重要意义。

1994年由应崇福等在国防工业出版社出版的《超声在固体中的散射》中公开了一种动态激光光弹超声成像设备，并论述了测量透明固体中超声声场的方法。该系统的光源为脉冲激光器，相比于LED光源具有能量高、脉冲短等优点。脉冲激光器发射的激光束，具有单模或多模的空间分布，表现为高斯分布或多个光斑。激光直接扩束后，仍然具有原来的空间分布，因此不能对样品进行均匀曝光，从而影响超声的成像质量和定量测量精度。

现有的基于激光器的动态光弹超声成像系统，一般采用高斯分布的基横模激光器，不对光束能量的空间分布进行整形，因此不能对样品进行均匀曝光，导致图像中心部分偏亮，造成测量误差。另外，图像中心的像素容易饱和，不利于定量测量。若用平顶光整形器对高斯光束进行整形，可获得较均匀的光束，但其边缘能量抖动较大，不利于成像和定量测量，且成本很高。

另外，现有商业或实验室自研的光弹系统的起偏器和检偏器一般采用树脂偏振片，其消光比低(不超过1000：1)，导致接收的光信号中有较大噪声存在，且难以通过图像处理方法去除，因此系统信噪比和灵敏度均较低，不能观测微弱的超声信号。

发明内容

本发明为解决目前存在的技术问题，提供了一种高灵敏度的动态光弹超声成像方法和系统，以观测固体内部微弱的超声声场。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种动态光弹超声成像系统，一种动态光弹超声成像系统，除包括同步延时系统、超声发射系统和超声换能器外，还包括平行光束产生单元、起偏器、样品放置点、检偏器、成像透镜和采集单元；其中，所述样品放置点，位于所述起偏器和所述检偏器之间，用于放置观测样品；

所述平行光束产生单元，用于产生光强分布均匀的平行光束；

所述起偏器和检偏器，用于对平行光束进行处理，得到高信噪比的光脉冲信号；

所述成像透镜，用于将接收的光脉冲信号进行成像；

所述采集单元，用于多次采集经过所述成像透镜的光脉冲信号，然后进行叠加，实现超声成像。

优选地，所述平行光产生单元包括脉冲激光器、光束均化器件、凸透镜、光阑和平凸透镜；

所述脉冲激光器，用于发射脉冲激光束；

所述光束均化器件，用于对脉冲激光束进行均化处理，形成强度均匀的光束；

所述凸透镜，用于对均化处理后的光束进行会聚；

所述光阑，用于对会聚光束进行限制，消除部分杂散光；

所述平凸透镜，用于对消除部分杂散光的光束进行准直，形成均匀的平行光。

优选地，所述起偏器和检偏器具体为格兰泰勒棱镜。

第二方面，本发明提供了一种动态光弹超声成像方法，所述方法包括：