换能器的声场——超声波扫描显微镜

超声波扫描显微镜的能量转换部件——换能器，它发出的超声波对材料产生弹性作用，会存在一个有效区域，这个区域我们称之为“换能器的声场”。超声波扫描显微镜的声场可以分为两部分：近场区(Near field)及远场区(Far field)，它们的位置如下图所示。

近场区是指从换能器的前端直至最佳聚焦区Y0的起点，在该区域回波的振幅经历了数个从最大值到最小值的变化过程，并且终止在最后一个最大值上；声场 远场区是指最佳聚焦区以外的区域，在该区域声压逐渐降为零。由于在近场区回波的振幅存在较大的变化，因此在近场区很难利用基于振幅的检测方式来准确评估材 料中的缺陷。近场区的距离取决于换能器的频率、elements diameter及材料中的声速。
聚焦区的起始点与终止点的位置定义为轴向脉冲回波的振幅相对于焦点处的振幅降低6dB内的区域。

距离-振幅曲线表明了在远场区振幅随距离的指数衰减以及近场区对回波振幅的影响。同时说明了换能器的有效焦距。

术语解释表1——超声波扫描显微镜系统

精确度：扫描过程中理论位置与实际位置的最大误差。它既可以是径向的，也可以是轴向的，反应了回差效应和滞后效应的影响。
声阻抗：声阻抗用介质中的声速与介质的密度之积表示，是表征材料对声波吸收的一个物理量。声阻抗决定了界面上超声波反射能量和折射能量的分配。国际单位制中声阻抗的单位为Kg/s·m2。
振幅：A-Scan波形中从波谷到波峰之间的垂直距离。
衰减：声波在介质中传播声强的降低。
A-Scan：在屏幕上显示实时超声波形数据的一种方法。横轴基线从左向右表示声波传播的时间，纵轴基线表示反射回波信号的振幅。
回差：扫描装置在移动过程中的滞差运动的量。
B-Scan：被测物体在垂直截面（与超声波传播方向相同）上的超声显微像。
背反射：测试过程中样品远边界（底面）的声波反射。
带通：一个滤波器中允许频段的频率范围。通常这个词作为修饰语用在“带通滤波器”中，而带通滤波器（band-pass filter）是只能允许特定频段的波通过而同时屏蔽其他频段。
C-Scan：超声检测数据的一种表现形式，它显示了在A-Scan中门限确定的一个平面的声学图像。C-Scan图像中可以反映样品上特定深度每一点上回波信号的振幅变化及深度关系。
校正：与标准参照物进行比较，用以确定一台仪器或一个系统的精度或生成刻度。
认证：指由国家认可的认证机构证明一个组织的产品、服务、管理体系符合相关标准、技术规范或其强制性要求的合格评定活动。
耦合剂：一般为液体或半流质物体，充满换能器与被测样品之间，使得超声波能够传播，或者用于增进换能器与被测样品之间超声波的传播。
周期：物体作往复运动或物理量作周而复始的变化时,重复一次所经历的时间。
阻尼控制：是 指激励力的频率在受迫振动系统的共振频率附近的一个频段内，系统所表现出的振动性质。这时，振动系统的阻抗主要决定于系统的阻尼。振动的速度近似与频率无 关，而与阻尼常数成正比。根据这一性质，可以用增大阻尼的方法，抑制系统（例如传声器、隔振器）在共振频率附近的响应峰值。
门限：在软件操作界面选择的一段作为检测或处理对象的时间范围。
dB：分贝，声强的基本单位。分贝是一个纯计数单位，本意是表示两个量的比值大小，没有单位。在声学中，dB=20lg(P1/P0)，其中P0为参考等级，P1为被测等级。
动态范围：在特定增益下，A-Scan能够分辨的最大、最小反射区面积之比。
回声：反射能量的标志。
快速傅立叶变换（FFT）：对 数字波形快速进行傅立叶变换的一种迭代算法，是离散傅立叶变化的快速算法。傅立叶变换是一种积分变换，其基本思想最早由法国学者傅立叶傅立叶提出，故以其 名字来命名，傅立叶变换的目的是把一个基于时间变量的函数分解为不同的频率分量，即将满足一定条件的某个基于时间的函数表示成三角函数（正弦和/或余弦函 数）或者它们的积分的线性组合。常规的傅立叶变换算法运算量太大（涉及到复数运算），而FFT可以大幅度地降低常规傅立叶变换的运算量。傅立叶变换在信号 处理领域中有着广泛的应用，例如用于设计滤波器和消除信号噪声。
聚焦超声束：将超声的能量汇聚在特定的深度形成的超声波束流。
频率：物理学上表示物质在单位时间内完成周期性变化的次数，单位为赫兹（Hz）。
全屏高度：在A-Scan波形显示中作为评估和记录的最高点。
增益控制：用于调节超声系统的放大系数，也可以认为是灵敏度控制。
赫兹（Hz）：频率单位。
界面：两种相互接触材料之间的边界。
千赫（KHz）：1KHz=1000Hz。
纵波：质点振动方向与传播方向相同的波。纵波的波长定义为相邻的两个密部或疏部之间的距离。
兆赫（MHz）：1MHz=106Hz。

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