應用於超聲顯微的全時域波形採集與分析技術的製作方法
2023-09-10 07:41:10 2
專利名稱：應用於超聲顯微的全時域波形採集與分析技術的製作方法
應用於超聲顯微的全時域波形採集與分析技術技術領域：
本發明涉及一種應用於超聲顯微檢測系統中的信號採集與分析方法，適用於半導體材料、電子封裝和生物組織的超聲檢測領域。二、背景技術
超聲波顯微掃描(Scanning Acoustic Microscopy,簡稱SAM)檢測技術是一種新型的無損檢測技術，它可以無損、精細、高靈敏度地觀察物體內部及亞表層結構，在微電子、 光電子、材料、機械、航空航天、力學、摩擦、生物等領域得到了日益廣泛的應用，能觀察不同深度(從表層到數十毫米深)存在的尺度為微米到百微米的結構。
在超聲顯微檢測中，由於採用的超聲換能器均為高頻聚焦探頭(中心頻率一般在 20MHz以上)，因而其AD採樣頻率也很高，一般在500MHz以上；同時，超聲顯微檢測系統要求的掃查精度也很高(微米到百微米)，這些導致在掃查過程中產生的數據量很大。以採樣頻率500MHz為例，當每個A掃信號的採樣時長為4 μ S、掃查長度為20mmX 20mm、步距精度為20μπι、8位採樣精度時，其產生的數據量就為2GB，這對系統的內存要求相當高，而當採樣更高頻率的超聲探頭和AD採樣卡，對更大的試樣進行檢測時，其數據量更是成倍增加。 因此，很難實現全時域波形的採集，這給後期的分析帶來了困難。三、發明內容
本發明的目的是提供一種能對超聲顯微 檢測中的超聲回波信號進行全時域波形採集和後期分析的方法。
本發明採用數據壓縮技術來大幅減小採集的數據量，並存儲在便盤文件中；在後期處理時，分段載入，進行解壓和分析，通過設置不同的時間閘門位置來得到試樣內不同深度位置的C掃圖像(如圖1所示)，而不需要進行多次C掃描；同時可以得到任意位置的B 掃和D掃圖像(分別如圖2和圖3所示)，使用戶獲取到試樣中感興趣的各個水平和縱向剖面的信息。四
圖1應用全時域波形數據得到的不同深度位置的C掃圖像
圖2應用全時域波形數據得到的B掃橫向剖面圖像
圖3應用全時域波形數據得到的D掃縱向剖面圖像五具體實施方式
下面對本發明的具體實施方式
進行詳細說明
超聲顯微在一般的工作模式(C掃)下，是在水平面上移動超聲探頭，採集各個位置入射方向上的A掃信號，通過對閘門內的數據(如幅值、幅值到達時間等)進行處理並進行成像。一般的A掃信號採樣窗口如圖1中的A掃反射回波波形所示，除了超聲脈衝遇到界面時發生反射產生變化較大的波形外，在均質材料內部是不會產生反射波形的，此時信 號幅值為0(或近於O)。成像時對這部分信號是不予關注的，因此，可以在採集和存儲時對 無反射回波部分進行壓縮，用數據為O時的起始位置和長度來表示空回波部分，可以大幅 減少信號的數據量。在使用時再把它用相反的過程還原出原來的信號進行分析。
後期分析時，從硬碟上讀取超聲顯微數據文件。由於內存空間有限，一般不能一次 性將所有數據讀入到內存中，可以分段讀入，處理後再讀入下一段數據，這樣既能得到所有 需要的數據，又不會對內存造成過大的負擔。
得到了全部需要的數據後，就可以對這些數據進行處理分析了
C掃成像時讀取時間閘門內各點的正向幅值和負向幅值，可以用正向峰值、負向峰 值或峰峰值等方式，用不同顏色表示相應的峰值，從而實現C掃成像，成像結果示意圖如圖1右側的C掃三幅圖所示。
B掃成像時讀取光標指示位置上橫向剖面上各點的A掃數據，用不同顏色表示A掃 信號上不同時間的信號強度，便可完成B掃橫向成像，成像結果示意圖如圖2下側的B掃圖 所示。
D掃成像類似於B掃成像，只是方向為縱向，它讀取光標指示位置上縱向剖面上各 點的A掃數據，用不同顏色表示A掃信號上不同時間的信號強度，便可完成D掃縱向成像， 成像結果示意圖如圖3右側的D掃圖所示。
綜合上述過程，便可實現超聲顯微的全時域波形採集與分析。
權利要求
1.應用於超聲顯微的全時域波形採集與分析技術，其特徵在於它採用數據壓縮技術來大幅減小超聲顯微掃查過程中AD採集的數據量，存儲到硬碟數據文件後，在調用時分段讀入內存，可實現C掃、B掃和D掃成像功能。
2.根據權利要求1所述的數據壓縮技術，其特徵在於將超聲A掃信號中的大量數據為O或接近於O的數據用一個O和數據長度表示，從而大大減少數據量。
3.根據權利要求1所述的調用超聲顯微數據文件時分段讀入，其特徵在於在從硬碟上調用超聲顯微數據文件時，不是一次性讀入內存，而是分段多次讀入，這樣可減少對內存的要求和縮短用戶等等的時間。
4.根據權利要求1所述的應用範圍，其特徵在於應用在超聲顯微掃查系統中，包括電子封裝、半導體材料與生物組織的細微結構檢測領域。
全文摘要
本發明涉及一種能對超聲顯微檢測中的超聲回波信號進行全時域波形採集和後期分析的方法，適用於半導體材料和電子封裝等的超聲顯微檢測領域。在超聲顯微檢測中，由於採用的超聲換能器均為高頻聚焦探頭，AD採樣頻率很高；同時，超聲顯微檢測系統要求的掃查精度也很高，這些導致在掃查過程中產生的數據量很大，很難實現全時域波形的採集，這給後期的分析帶來了困難。本發明採用數據壓縮技術來大幅減小採集的數據量，並存儲在硬碟文件中；在後期處理時，分段載入，進行解壓和分析，通過設置不同的時間閘門位置來得到試樣內不同深度位置的C掃圖像，而不需要進行多次C掃描；同時可以得到任意位置的B掃和D掃圖像，使用戶獲取到試樣中感興趣的各個水平和縱向剖面的信息。
文檔編號G01N29/06GK103018330SQ201110288308
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月22日 優先權日2011年9月22日
發明者徐春廣, 劉中柱, 門伯龍, 趙新玉, 肖定國, 郭祥輝, 楊柳, 李喜朋, 閻紅娟 申請人:北京理工大學