一种多曲率弧面反射靶及其制作方法和实验方法

技术领域

本发明涉及超声波设备技术领域，特别涉及一种多曲率弧面反射靶的制作方法。还涉及一种多曲率弧面反射靶。还涉及一种多曲率弧面反射靶的实验方法。

背景技术

在超声探头生产制造领域，为了测试制备出的凸阵探头产品或者样品，金属材质的弧面反射靶是不可或缺的。

在产品制造阶段的测试工作中，因为探头设计已经定型，因此可以加工与凸阵探头产品相配合的固定尺寸的弧面反射靶。但在产品研发过程中，需要预研很多不同曲率半径或者不同物理焦距的探头，对于这些探头样品的测试，存在没有合适的弧面反射靶的情况，导致测试结果难以反映实际情况，对研发工作造成困扰。而对每一种不同曲率半径、不同物理焦距的探头样品都制作一种弧形反射靶，一方面需要投入金钱以及等待的时间，另一方面，有可能探头样品达不到要求，研发计划就会直接废弃，这样在预研阶段生产出的弧形反射靶就造成了时间、材料与金钱上的浪费。

因此，如何能够提供一种解决上述技术问题的多曲率弧面反射靶的制作方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多曲率弧面反射靶的制作方法，该多曲率弧面反射靶的制作方法制备的多曲率弧面反射靶具有多曲率的特点，可以适配不同曲率半径与物理焦距的凸阵探头样品，大大方便了研发工作的推进。本发明的另一目的是提供一种多曲率弧面反射靶。本发明的再一目的是提供一种多曲率弧面反射靶的实验方法。

为实现上述目的，本发明提供一种多曲率弧面反射靶的制作方法，用于制作盆状的反射靶，包括：

设定一初始的所述反射靶的三维模型，其内表面180°对称，Z轴为对称轴；

设定一与所述Z轴垂直的X-Y平面，所述内表面的上边沿在所述X-Y平面内，所述上边沿围成的图形以函数f(x,y)＝0表示；

设定一过所述Z轴的Z平面，所述Z平面与所述内表面的交线为圆弧，所述圆弧的弓高为h

根据所述两点与所述圆弧的圆心建立的三角形关系得到：r

设定所述圆弧上的任一点为(x,y,z)，z＜0，所述内表面位于所述X-Y平面以下，得到：

求解后计算得到所述内表面上每一点的坐标，数值计算得到若干数量的点，将全部点连接构成光滑曲面，完成所述三维模型的建模；

根据所述三维模型，加工所述反射靶，以使所述反射靶用以供凸阵探头照射。

本发明还提供一种多曲率弧面反射靶，应用上述制作方法制备，配合凸阵探头进行实验，其呈盆状，具有用于反射超声回波的内表面。

优选地，所述内表面的上边沿所围成的形状为长方形或椭圆形。

优选地，其制造材料为金属、陶瓷、玻璃和高分子材料中的一种或两种及两种以上的组合。

本发明还提供一种多曲率弧面反射靶的实验方法，利用上述多曲率弧面反射靶对凸阵探头进行测试，包括：

确认凸阵探头长轴方向的曲率半径r

利用R与H的表达式并结合函数f(x,y)＝0，计算得到R＝R'时的(x

将所述凸阵探头安装至测试夹具，所述凸阵探头的发射面朝向所述反射靶的内表面设置，所述凸阵探头的中心轴与Z轴重合，并使其声透镜顶部最高处与所述反射靶中心间距为f；

围绕所述中心轴旋转所述凸阵探头，使其长轴与所述反射靶的Y-Z平面的夹角为θ，固定；

进行反射超声回波的测试。

相对于上述背景技术中单一尺寸的弧面反射靶，本发明所提供的多曲率弧面反射靶的制作方法用于制作盆状的反射靶，包括：设定一初始的盆状的三维模型，其内表面180°对称，Z轴为对称轴；设定一与Z轴垂直的X-Y平面，所述内表面的上边沿在所述X-Y平面内，所述上边沿围成的图形以函数f(x,y)＝0表示；设定一过Z轴的Z平面，Z平面与内表面的交线为圆弧，圆弧的弓高为h

该多曲率弧面反射靶的制作方法制备的多曲率弧面反射靶具有多曲率的特点，可以适配不同曲率半径与物理焦距的凸阵探头样品，大大方便了研发工作的推进。

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为本发明实施例提供的从Z轴正半轴向X-Y平面观察内表面上边沿的示意图；

图2为本发明实施例提供的从某过Z轴的平面的法线方向观察该平面与内表面的交线的示意图；

图3为本发明实施例提供的凸阵探头和反射靶的测试示意图。

其中：

1-凸阵探头、2-反射靶。

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。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，其中，图1为本发明实施例提供的从Z轴正半轴向X-Y平面观察内表面上边沿的示意图，图2为本发明实施例提供的从某过Z轴的平面的法线方向观察切该平面与内表面的交线的示意图，图3为本发明实施例提供的凸阵探头和反射靶的测试示意图。

在第一种具体的实施方式中，本发明所提供的多曲率弧面反射靶的制作方法，用于制作反射靶，反射靶呈盆状，包括：设定初始的反射靶的三维模型，计算三维模型的点，将全部点连接构成光滑曲面，完成三维模型的建模，根据三维模型，加工反射靶。

具体而言：

设定一初始的反射靶的三维模型，其内表面180°对称，Z轴为对称轴；

设定一与Z轴垂直的X-Y平面，内表面的上边沿在X-Y平面内，上边沿围成的图形以函数f(x,y)＝0表示；

设定一过Z轴的Z平面，Z平面与内表面的交线为圆弧，圆弧的弓高为h

根据两点与圆弧的圆心建立的三角形关系得到：r

设定圆弧上的任一点为(x,y,z)，z＜0，内表面位于X-Y平面以下，得到：

求解后计算得到内表面上每一点的坐标，数值计算得到若干数量的点，将全部点连接构成光滑曲面，完成三维模型的建模；

根据三维模型，加工反射靶，以使反射靶用以供凸阵探头照射。

上述多曲率弧面反射靶的制作方法制备的多曲率弧面反射靶，单个靶包含有多种曲率半径，通过控制生成函数f(x,y)＝0与弓高h

请参照图1，图1为从Z轴正半轴向X-Y平面观察内表面上边沿；请参照图2，图2为从某切面的法线方向观察切面与内表面的交线。

本发明还提供一种多曲率弧面反射靶，应用如上述制作方法制备，配合凸阵探头进行实验，其呈盆状，具有用于反射超声回波的内表面。

该多曲率弧面反射靶具有多曲率合一的特点，能够为研发阶段的样品测试提供良好的便利性与通用性。在实际工作中，可以仅通过调节探头与反射靶之间的间距与角度，适配不同曲率半径与物理焦距的凸阵探头样品，大大方便了研发工作的推进。

需要说明的是，本发明所提出的多曲率弧面反射靶，其内表面作为对超声波具有直接反射作用的表面，反射靶的内表面具有180°旋转对称轴，过该对称轴的任意平面与靶体的内表面的交线为圆弧，且这些圆弧的弓高均相同。

进一步的，其三维形状满足以下条件：

1.具有180°旋转对称轴，设其为Z轴；

2.上边沿在X-Y平面内，其围成的图形可用函数f(x,y)＝0描述；

3.过Z轴的任意平面与该三维形状的交线为圆弧，且任一圆弧的弓高均相同(设为h

从Z轴正半轴向X-Y平面看去，可以观察到X-Y平面内该三维形状上边沿围成的曲线如图1所示，其中封闭曲线的函数表达式为f(x,y)＝0。由三维形状满足的条件1可知f(x,y)＝0关于原点中心对称。

若有一过Z轴的平面，其与X-Y平面的交线为y＝kx，设其与f(x,y)＝0相交于(x

从垂直于上述过Z轴的平面的方向观察该平面与三维形状的交线如图2所示。

图2中，(x

从图中的直角三角形的边长关系可以得出：

r

R

R＝H+h

由以上三式可以推出：

对于该圆弧上的任一点(x,y,z)(设z<0，该三维形状全在X-Y平面以下)，其距离圆心距离为R，即(x-0)

其中各参数满足以下约束条件：

f(x

y

y＝kx。

如果确定了上边沿在X-Y平面上的函数关系，并确定了弓高(即该三维形状的深度)，则可以通过上述方程求得内表面上每一点的坐标。通过数值计算的方法计算出足够多数量的点，然后将其连接成光滑曲面，即可在计算机内完成内表面的三维建模。之后使用数控机床加工或者增材制造等方式，按照三维建模文件将其加工出来并进行表面抛光即可得到可以使用的多曲率弧面反射靶。

进一步地，反射靶内表面的上边沿所围成的形状为长方形或椭圆形或其他易于计算边缘到中心距离的形状。

进一步的，其制造材料为金属、陶瓷、玻璃和高分子材料中的一种或两种及两种以上的组合。

本发明还提供一种多曲率弧面反射靶的实验方法，利用上述多曲率弧面反射靶对凸阵探头进行测试，请参考附图3，包括：

确认凸阵探头1的长轴方向的曲率半径r

利用R与H的表达式并结合已知的形状生成函数f(x,y)＝0，计算得到R＝R'时的(x

1.R＝R’已根据上一步的r

2.在每一个具体的反射靶2中，弓高或称之为盆深h

3.由R-h

4.根据勾股定理，可由R和H计算出r的值；

5.计算圆x

6.根据(x

将凸阵探头1安装至测试夹具，凸阵探头1的发射面朝向反射靶2的内表面设置，凸阵探头1的中心轴与Z轴重合，并使其声透镜顶部最高处与反射靶2的中心间距为f；

围绕中心轴旋转凸阵探头1，使其长轴与反射靶2的Y-Z平面的夹角为θ，固定，此时，y

之后进行反射超声回波的测试，得到的数据在不同的阵元之间具有可比的一致性。

根据上述分析可知，在本实施例中，进行反射超声回波的测试时，弧靶反射面与凸阵探头样品阵元所形成的圆弧为同心状态，且间距正好等于物理焦距，能够得到幅度较大且一致性好的回波数据。

在此基础上，在实际使用过程中，可以根据常用的透镜焦距和探头的曲率半径进行分段，制作小尺寸、中尺寸、大尺寸等多个曲率半径集的多曲率弧面反射靶，有利于获得质量更高的回波信号。

在本实施例中，利用上述多曲率弧面反射靶，可以仅通过调节探头与反射靶之间的间距与角度，适配不同曲率半径与物理焦距的凸阵探头样品，大大方便了研发工作的推进。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的多曲率弧面反射靶及其制作方法和实验方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。