一种强透声材料等效参数测量系统和测量方法

技术领域

本发明涉及强透声材料技术领域，更具体的说是涉及一种强透声材料等效参量测量系统和测量方法。

背景技术

强透声材料是一种特殊复合结构材料，其具有自然界材料所不具备的特殊物理效应，比如负的等效弹性模量、负的等效质量密度等。这些特殊物理效应的出现，使得强透声材料为噪声控制、隔声、声聚焦、声隐身等方面的研究提供了新手段。

其中，在医学超声成像领域，强透声材料被设计用于增强高频超声信号的透射效果，其可以有效改善颅骨与气泡等组织对超声极强的衰减效应。但由于强透声材料对声波的反射效果很弱，导致强透声材料的反射系数缺失进而无法计算强透声材料的等效弹性模量和等效质量密度(现有测量等效弹性模量和等效质量密度的方法是通过测量强透声材料的反射系数和透射系数来间接计算的)。

因此，如何提供一种全新的强透声材料(用于增强穿颅成像信号的强透声材料)等效参数测量系统和测量方法成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种全新的强透声材料(用于增强穿颅成像信号的强透声材料)等效参数测量系统和测量方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种强透声材料等效参数测量系统，包括待测强透声材料、背衬材料、除气水、超声自发自收探头、超声接收探头以及等效参数计算单元；

所述待测强透声材料和所述背衬材料紧贴在一起构成待测强透声材料-背衬材料结构；

所述待测强透声材料-背衬材料结构放置在所述除气水中；

所述超声自发自收探头和所述超声接收探头分别放置在所述待测强透声材料-背衬材料结构的两侧；

所述超声自发自收探头用于发射声波信号以及接收所述待测强透声材料-背衬材料结构反射的声波信号；

所述超声接收探头用于接收所述待测强透声材料-背衬材料结构透射的声波信号；

所述等效参数计算单元用于根据反射的声波信号和透射的声波信号计算所述待测强透声材料的等效弹性模量K

优选的，所述超声自发自收探头放置在靠近所述待测强透声材料的一侧；

所述超声接收探头放置在靠近所述背衬材料的一侧。

优选的，所述超声自发自收探头的发射头和所述超声接收探头的接收头均垂直于所述待测强透声材料-背衬材料结构。

优选的，所述超声自发自收探头和所述超声接收探头处于同一轴线上。

一种强透声材料等效参数测量方法，该测量方法基于上述测量系统实现，包括以下步骤：

S1：控制所述超声自发自收探头发射声波信号；

S2：获取所述超声自发自收探头接收的反射声波信号；

获取所述超声接收探头接收的透射声波信号；

S3：基于所述反射声波信号计算得到所述待测强透声材料-背衬材料结构的反射系数T；基于所述透射声波信号计算得到所述待测强透声材料-背衬材料结构的透射系数R；

S4:基于所述反射系数T和所述透射系数R计算得到所述待测强透声材料中的阻抗Z

S5：基于所述阻抗Z

S6：基于所述阻抗Z

优选的，S3进一步包括：

将所述反射声波信号做傅里叶变换后除以所述声波信号得到所述待测强透声材料-背衬材料结构的反射系数T；

将所述透射声波信号做傅里叶变换后除以所述声波信号得到所述待测强透声材料-背衬材料结构的透射系数R。

优选的，S4进一步包括联立以下7个公式计算得到所述阻抗Z

其中，

优选的，S5进一步包括所述声速c

其中,f表示所述声波信号的频率；d

优选的，S6进一步包括所述等效弹性模量K

K

优选的，所述声波信号为宽频高斯信号。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种全新的强透声材料等效参数测量系统和测量方法，其在测量时采用待测强透声材料-背衬材料结构代替单一待测强透声材料，通过测量待测强透声材料-背衬材料结构的反射系数和透射系数来计算获得待测强透声材料的等效弹性模量和等效质量密度，其解决了声波信号反射效果弱时，强透声材料等效弹性模量和等效质量密度无法测量计算的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的强透声材料等效参数测量方法流程图；

图2为本发明待测强透声材料-背衬材料结构的示意图；

图3为本发明提供的强透声材料等效参数测量系统示意图；

图4为本发明在不同频率声波信号下计算得到的强透声材料-背衬材料结构的反射系数和透射系数；

图5为本发明在不同频率声波信号下计算得到的等效弹性模量和等效质量密度；

其中：1、除气水；2、背衬材料；3、待测强透声材料；4、超声自发自收探头；5、超声接收探头；6、夹具。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种强透声材料等效参数测量系统，包括待测强透声材料、背衬材料、除气水、超声自发自收探头、超声接收探头以及等效参数计算单元；

所述待测强透声材料和所述背衬材料紧贴在一起构成待测强透声材料-背衬材料结构；

所述待测强透声材料-背衬材料结构放置在所述除气水中；

所述超声自发自收探头和所述超声接收探头分别放置在所述待测强透声材料-背衬材料结构的两侧；

所述超声自发自收探头用于发射声波信号以及接收所述待测强透声材料-背衬材料结构反射的声波信号；

所述超声接收探头用于接收所述待测强透声材料-背衬材料结构透射的声波信号；

所述等效参数计算单元用于根据反射的声波信号和透射的声波信号计算所述待测强透声材料的等效弹性模量K

进一步的，所述超声自发自收探头放置在靠近所述待测强透声材料的一侧；

所述超声接收探头放置在靠近所述背衬材料的一侧。

进一步的，所述超声自发自收探头的发射头和所述超声接收探头的接收头均垂直于所述待测强透声材料-背衬材料结构。

进一步的，所述超声自发自收探头和所述超声接收探头处于同一轴线上。

进一步的，所述超声自发自收探头为超声自发自收平面探头；所述超声接收探头为超声接收平面探头。

进一步的，在放置所述超声自发自收探头时，其发射探头与所述待测强透声材料保持预设距离(预设距离由所述声波信号的频率决定)，以确保经发射探头发射后到达待测强透声材料表面的声波信号为平面波(平面波可使测试处于远场条件下，从而避免了近场条件下的杂波干扰)。

进一步的，所述待测强透声材料和所述背衬材料采用夹具夹紧(以保证待测强透声材料和背衬材料不掉落)，获得所述待测强透声材料-背衬材料结构。

进一步的，所述背衬材料在1MHz-8 MHz内既能反射所述声波信号也能透射所述声波信号；

进一步的，所述背衬材料的反射系数T

进一步的，所述背衬材料的弹性模量、质量密度及尺寸厚度均为已知量，用于计算获得

进一步的，所述除气水经过特殊装置处理，减少了其中的含气量，可避免空化效应干扰实验结果。

一种强透声材料等效参数测量方法，该测量方法基于上述测量系统实现，包括以下步骤：

S1：控制所述超声自发自收探头发射声波信号；

S2：获取所述超声自发自收探头接收的反射声波信号；

获取所述超声接收探头接收的透射声波信号；

S3：基于所述反射声波信号计算得到所述待测强透声材料-背衬材料结构的反射系数T；基于所述透射声波信号计算得到所述待测强透声材料-背衬材料结构的透射系数R；

S4:基于所述反射系数T和所述透射系数R计算得到所述待测强透声材料中的阻抗Z

S5：基于所述阻抗Z

S6：基于所述阻抗Z

进一步的，所述声波信号为宽频高斯信号，本发明只需发一个宽频高斯信号就可以完成测试，不需要挨个频点发射单频信号，从而提高了测试效率。

进一步的，所述宽频高斯信号经过傅里叶变换后能覆盖1MHZ-8MHZ的高频超声波段。

进一步的，S3进一步包括：

将所述反射声波信号(反射时域信号)做傅里叶变换后除以所述声波信号得到所述待测强透声材料-背衬材料结构的反射系数T；

将所述透射声波信号(透射时域信号)做傅里叶变换后除以所述声波信号得到所述待测强透声材料-背衬材料结构的透射系数R。

进一步的，S4进一步包括联立以下7个公式计算得到所述阻抗Z

其中，

进一步的，S5进一步包括所述声速c

其中,f表示所述声波信号的频率；d

进一步的，S6进一步包括所述等效弹性模量K

K

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。