本发明涉及超声换能器，具体涉及一种轮廓振动模式换能器及成像方法。
背景技术：
1、现有低频厚度振型微型换能器因和厚度成反比而尺寸较大，未能满足直径较小的检测需求。为此，引入机电耦合系数高、不再受厚度尺寸限制的轮廓振动模式换能器作为低频换能器的振型，通过合理设计提升其灵敏度和纵向分辨率，能有效克服现有厚度振型的尺寸限制。
2、然而，由于轮廓振动模式换能器在长度、宽度和厚度三个方向上都存在振动，这导致了声场的多向辐射，因而引起了声场指向性的问题，即横向分辨率的下降。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提供了一种轮廓振动模式换能器及成像方法，以解决现有的轮廓振动模式换能器在成像时横向分辨率下降的问题。
2、第一方面，本发明提供了一种轮廓振动模式换能器，轮廓振动模式换能器的宽度和长度为预先根据多模态分析确定的第一预设值和第二预设值；轮廓振动模式换能器的外壳选用特定的声学隔离材料，以对轮廓振动模式换能器发出的旁瓣波束进行优化。
3、本发明实施例提供的轮廓振动模式换能器，宽度和长度基于多模态分析确定的预设值，确保轮廓振动模式换能器能在最有效的谐振频率范围内工作，提高了能量转换效率和性能稳定性。外壳选用特定的声学隔离材料，通过优化设计，有效地抑制了轮廓振动模式换能器发出的旁瓣波束。这可以减少成像过程中的干扰信号，提升成像的清晰度和准确性。通过减少旁瓣和优化波束形状，可以获得更高质量的超声成像。
4、在一种可选的实施方式中，宽度为预先根据三维有限元法计算模态确定的第一预设值；长度为预先根据三维有限元法计算模态确定的第二预设值。
5、本发明实施例提供的轮廓振动模式换能器，通过三维有限元法进行模态分析，确定宽度和长度的预设值，能够精确地预测和优化轮廓振动模式换能器的谐振特性，这确保了轮廓振动模式换能器在设计阶段就能够接近最佳性能状态。利用三维有限元法可以深入分析轮廓振动模式换能器的振动模态和频率响应，从而有效地控制和调节宽度和长度，以实现更高效的声波转换和传输效率。确保宽度和长度按照预设值设计，使得轮廓振动模式换能器能够在理想的工作频率范围内运行，最大限度地提高能量转换的效率和稳定性。通过精确控制轮廓振动模式换能器的谐振特性，可以显著改善超声成像的分辨率和清晰度。
6、在一种可选的实施方式中，第一预设值为通过三维有限元法计算模态计算出不同压电层厚度和轮廓振动模式换能器宽度组合下的第一谐振频率，并对第一谐振频率进行分析后确定的。
7、本发明实施例提供的轮廓振动模式换能器，通过三维有限元法计算模态计算不同压电层厚度和宽度组合下的第一谐振频率，能够根据具体的设计要求和应用需求，定制化地确定最适合的设计参数。通过对第一谐振频率进行详细分析和优化，确保轮廓振动模式换能器在设计阶段就能够达到所需的谐振特性，这种优化能够提高能量转换效率和系统的稳定性。利用三维有限元法进行模态计算，能够准确预测不同设计参数对谐振频率的影响，确保设计的可靠性和性能的一致性。通过优化谐振频率，换能器能够更有效地传输和接收声波信号，从而提升超声成像系统的分辨率、灵敏度和成像质量。
8、在一种可选的实施方式中，第二预设值为通过三维有限元法计算模态计算出不同轮廓振动模式换能器长度和轮廓振动模式换能器宽度组合下的第二谐振频率，并对第二谐振频率进行分析后确定的。
9、本发明实施例提供的轮廓振动模式换能器，能够根据具体的设计要求和应用场景，精确计算不同长度和宽度组合下的第二谐振频率，这种定制化设计能够满足对谐振频率特性的需求。通过对第二谐振频率进行详细的模态分析和优化，确保在设计阶段就能够实现预期的谐振效果，这有助于提高轮廓振动模式换能器的能量转换效率和系统的稳定性。利用三维有限元法进行模态计算，能够精确预测不同参数组合对第二谐振频率的影响，从而确保设计的精确性和可靠性。通过优化第二谐振频率，轮廓振动模式换能器能够更有效地传输和接收声波信号，提升超声成像系统的性能，如分辨率、灵敏度和成像质量。
10、在一种可选的实施方式中，声学隔离材料为强反射层薄膜材料或强吸收层薄膜材料。
11、本发明实施例提供的轮廓振动模式换能器，强反射层薄膜材料通常设计用来最大限度地增强表面的反射率。通过反射层的选择和设计，可以优化光学波束的传输特性，如改善波束的平行性和聚焦性，从而提高超声成像系统的性能和效率。强反射层薄膜材料能够提升图像的对比度和清晰度，使得细节更加清晰可见。强吸收层薄膜材料能有效地吸收光波进而减少表面的反射和散射。使用吸收层薄膜可以提高探测灵敏度，减少由于外部光源引起的信号干扰。薄膜材料的吸收特性有助于控制系统中的噪声水平，改善测量和成像的信噪比。
12、在一种可选的实施方式中，强反射层薄膜材料为钨或钨合金，强吸收层薄膜材料为泡沫铜或泡沫镍金。
13、本发明实施例提供的轮廓振动模式换能器，钨及其合金具有非常高的光学反射率，特别是在可见光和近红外光谱范围内表现突出。这使得它们非常适合用作强反射层材料，能够最大化地反射光束并提高光学系统的亮度和对比度。钨合金通常具有良好的机械性能，可以提供足够的结构强度和耐久性，确保光学薄膜在长期使用中保持稳定性和性能。泡沫铜或泡沫镍金具有高效的电磁波吸收特性，能有效地吸收入射光波，减少表面的反射和散射。泡沫铜和泡沫镍金相比其它吸收层材料，通常比较轻，有助于减少整体装配的重量，并可能改善设备的机械振动特性。
14、在一种可选的实施方式中，轮廓振动模式换能器的外壳覆盖了除轮廓振动模式换能器的发射面以外的其他表面，以减少所述轮廓振动模式换能器在侧面方向和背面方向上的声波输出。
15、本发明实施例提供的轮廓振动模式换能器，根据侧面和背面的强反射层薄膜材料或强吸收层薄膜材料，可以有效地将入射的声波反射回主要方向(即正面或发射面)，这有助于集中和增强从发射面发出的声波能量，减少侧面和背面的声波输出。
16、在一种可选的实施方式中，当轮廓振动模式换能器为聚焦换能器时，聚焦换能器用于减少发出的主瓣波束的波束宽度，以对主瓣波束进行优化。
17、本发明实施例提供的轮廓振动模式换能器，当轮廓振动模式换能器为聚焦换能器时，聚焦换能器能够直接影响到发出的声波波束，从而更有效地控制波束的形状和方向。聚焦换能器的作用是减少发出的主瓣波束的波束宽度，通过这种调节，能够优化主瓣波束的焦距和焦点尺寸，从而提高了聚焦的精确度和性能。
18、在一种可选的实施方式中，轮廓振动模式换能器和其他振动模式换能器构成多频换能器。
19、本发明实施例提供的轮廓振动模式换能器，通过结合不同振动模式的换能器，可以实现更宽的频率响应范围，满足各种应用需求。多频率操作可以提供更详细的信号信息，有助于提高探测、测量和成像的精度。多个频率的换能器可以减少单一频率的噪声影响，改善信号的质量和稳定性。
20、第二方面，本发明提供了一种成像方法，应用于上述第一方面或其对应的任一实施方式的轮廓振动模式换能器，包括：轮廓振动模式换能器通过发射和接收信号来获取目标物体表面的反射信息，并将反射信息发送至计算机设备，以使计算机设备根据反射信息生成可视化图像。
21、本发明实施例提供的成像方法，轮廓振动模式换能器能够通过精确控制声波波束的形状和焦点，实现对目标物体表面的高精度成像，这种精确性使得生成的可视化图像具有更高的清晰度和细节。轮廓振动模式换能器能够有效地发射和接收声波信号，并将目标物体表面的反射信息发送至计算机设备，以使计算机设备根据反射信息生成可视化图像，这种高效性保证了成像过程中信号的质量和稳定性，有助于减少干扰和噪音。
1.一种轮廓振动模式换能器，其特征在于，所述轮廓振动模式换能器的宽度和长度为预先根据多模态分析确定的第一预设值和第二预设值；
2.根据权利要求1所述的轮廓振动模式换能器，其特征在于，所述宽度为预先根据三维有限元法计算模态确定的所述第一预设值；所述长度为预先根据所述三维有限元法计算模态确定的所述第二预设值。
3.根据权利要求2所述的轮廓振动模式换能器，其特征在于，所述第一预设值为通过所述三维有限元法计算模态计算出不同压电层厚度和轮廓振动模式换能器宽度组合下的第一谐振频率，并对所述第一谐振频率进行分析后确定的。
4.根据权利要求3所述的轮廓振动模式换能器，其特征在于，所述第二预设值为通过所述三维有限元法计算模态计算出不同轮廓振动模式换能器长度和轮廓振动模式换能器宽度组合下的第二谐振频率，并对所述第二谐振频率进行分析后确定的。
5.根据权利要求1所述的轮廓振动模式换能器，其特征在于，所述声学隔离材料为强反射层薄膜材料或强吸收层薄膜材料。
6.根据权利要求5所述的轮廓振动模式换能器，其特征在于，所述强反射层薄膜材料为钨或钨合金，所述强吸收层薄膜材料为泡沫铜或泡沫镍金。
7.根据权利要求6所述的轮廓振动模式换能器，其特征在于，轮廓振动模式换能器的外壳覆盖了除轮廓振动模式换能器的发射面以外的其他表面，以减少所述轮廓振动模式换能器在侧面方向和背面方向上的声波输出。
8.根据权利要求1所述的轮廓振动模式换能器，其特征在于，当所述轮廓振动模式换能器为聚焦换能器时，所述聚焦换能器用于减少发出的主瓣波束的波束宽度，以对所述主瓣波束进行优化。
9.根据权利要求1所述的轮廓振动模式换能器，其特征在于，所述轮廓振动模式换能器和其他振动模式换能器构成多频换能器。
10.一种成像方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的轮廓振动模式换能器，所述方法包括：
