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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Untersuchen von Objekten mit Ultraschall nach dem
Impuls-Echoverfahren, wobei zwischen dem Schallkopf od. dgl. und dem Objekt oder der zu unter- suchenden Zone des Objektes eine zumindest bei der gewählten Empfindlichkeit echofreie Strecke liegt, in der die Schallaufzeit gleich oder grösser ist als im Objekt bzw. der zu untersuchenden
Zone, und vor der Rückkehr der zu einem ausgesandten Schallimpuls in der untersuchten Zone entstehenden Echos zum Schallkopf od. dgl. wenigstens ein weiterer Schallimpuls in einem zumindest der Schallaufzeit in der untersuchten Zone entsprechenden zeitlichen Abstand vom ersten Schall- impuls ausgesandt wird, wobei ferner zu jedem Schallimpuls eine Kippspannung zur laufzeitab- hängigen Darstellung bzw.
Speicherung der Echos erzeugt wird, deren gesamte Kippdauer einem vollen Zyklus der Laufdauer eines Sendeimpulses und der Rückkehrzeit der von ihm erzeugten Echos aus der untersuchten Zone entspricht, von der aber für die Darstellung bzw. Speicherung nur der der Anzahl der während eines vollen Zyklus insgesamt ausgesandten Sendeimpulse entsprechende
Bruchteil während des Einlangens der zugeordneten Echos verwendet wird.
Ein derartiges Verfahren hat gegenüber der herkömmlichen Art der Untersuchung, bei der der Zeitabstand zwischen aufeinanderfolgenden Sendeimpulsen gleich oder grösser gewählt wird als die Zeitdauer eines vollständigen Prüfzyklus, die sich als Summe der Laufzeit des Sendeimpulses in Vorlaufstrecke und Objekt und der Rückkehrzeiten der vom Sendeimpuls im Objekt ausgelösten
Echos ergibt, den prinzipiellen Vorteil, dass mit erhöhter, praktisch zumindest doppelter Impuls- folgefrequenz gearbeitet werden kann.
Die praktische Anwendung eines bekannten Verfahrens der gegenständlichen Art ist allerdings bisher ausschliesslich auf eine Untersuchung im Schnittbildver- fahren beschränkt, wobei eine Schwenk- oder Drehbewegung eines Schallkopfes und damit des abge- gebenen Schallstrahles über einen Reflektor in eine Verstellung des ausgesandten Schallstrahles parallel zu sich selbst ab dem Reflektor umgewandelt wird und eine konstante Vorlaufstrecke zwischen dem Schallkopf und dem zu untersuchenden Objekt vorgesehen ist, in der auch der Re- flektor liegt. Geht man hier in der beschriebenen Weise vor, dann kann man jeweils die Zeit, die ein Sendeimpuls für das Durchlaufen der Vorlaufstrecke benötigt, dazu ausnutzen, um von einem vorangehenden Sendeimpuls stammende Echos zu empfangen, wobei bei richtiger Auswahl der Impuls- folgefrequenz sogenannte Geisterechos vermieden werden können.
Neben Untersuchungen der vorstehend genannten Art, bei denen eine konstante Vorlaufstrecke zwangsweise gegeben ist, kommt es in der Praxis bei Untersuchungen nach dem Impuls-Echoverfah- ren in der Materialprüfung an und für sich häufig vor, dass die für die Beurteilung massgebende
Zone nicht sehr dick ist, dass aber über eine in ihrer Dicke variable Vorlaufstrecke angekoppelt werden muss. Die Vorlaufstrecke kann im Objekt selbst liegen, wenn die zu untersuchende Zone im Abstand von jener Oberfläche des Objektes liegt, auf die der Schallkopf od. dgl. aufgesetzt werden kann, wie dies bei der Materialprüfung bei einem nur von aussen zugänglichen Hohlkörper der Fall ist, der auf Korrosionen an der Innenwand untersucht werden soll. In der Diagnostik tritt der genannte Fall dann auf, wenn ein tiefer im Körper liegendes Organ untersucht werden soll.
Eine weitere zusätzliche und in ihrer Dicke variable Vorlaufstrecke ist dann vorhanden, wenn ein Körper in der sogenannten Immersionstechnik untersucht, dabei in einen mit Flüssigkeit gefüllten Tank eingetaucht und der Schallkopf berührungslos durch Eintauchen in die Flüssigkeit angekoppelt wird. Hier wird zwar immer die Bedingung eingehalten, dass die Schallaufzeit in der Vorlaufstrecke gleich oder grösser als die Schallaufzeit im Objekt ist, um Wiederholungsechos vom Ende der Vorlaufstrecke zu vermeiden, die Reflexionsstellen aus der untersuchten Zone des Objektes vortäuschen, doch wird bei allen diesen Verfahren bisher mit niedriger Impulsfolgefrequenz gearbeitet, d. h. es wird abgewartet, bis die zu einem ausgesandten Sendeimpuls entstandenen Echos eingelangt sind, ehe der nächste Sendeimpuls abgegeben wird.
Untersuchungen mit niedriger Impulsfolgefrequenz haben verschiedene Schwierigkeiten und Nachteile. Bei statischen Untersuchungen, bei denen es bei der Erstellung des einzelnen Befundes zu keiner Relativbewegung zwischen Schallkopf und Objekt oder Teilen des Objektes kommt, kann eine zu niedrige Impulsfolgefrequenz zu einer flackernden Anzeige führen, aber noch keinen tatsächlichen Fehler hervorrufen. Tritt jedoch während der Untersuchung laufend eine Relativbewegung zwischen Schallkopf bzw. Schallstrahl und Objekt auf, wie dies bei automatischen Prüfanlagen in der Materialprüfung und bei Schnittbild- oder TM-Untersuchungen (z.
B. UKG-Untersuchungen)
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in der Medizin der Fall ist, dann kann es, wenn die relative Verstellgeschwindigkeit des Schall- strahles im Verhältnis zur möglichen Impulsfolgefrequenz zu hoch ist, dazu kommen, dass einzelne
Reflexionsflächen nicht angezeigt werden, weil sie zwar einmal in der Zielrichtung des Schall- strahles liegen, aber von keinem Schallimpuls getroffen werden. Bei der Materialprüfung kann man solche Verfälschungen nur durch starke Herabsetzung der Prüfgeschwindigkeit vermeiden. In der Diagnostik können wieder bestimmte Untersuchungsmethoden nicht oder nicht mit Sicherheit angewendet werden, wenn bei der Untersuchung Bewegungsabläufe im TM- oder Schnittbildverfahren erfasst werden sollen.
Bei Untersuchungen im TM-Verfahren, wo bekanntlich der Bewegungsablauf von Teilen angezeigt werden soll, kann es bei einer zu niedrigen Impulsfolgefrequenz durch den
Stroboskopeffekt dazu kommen, dass die Bewegung gegenüber dem tatsächlichen Zustand in der er- haltenen Anzeige verlangsamt, im Stillstand oder sogar in umgekehrter Richtung dargestellt wird.
Um zu verhindern, dass bei Untersuchungsverfahren, bei denen mit mehreren, im Abstand voneinander an einem zu untersuchenden Objekt anzubringenden Tastköpfen, insbesondere Winkel- tastköpfen, gearbeitet wird, von einem bestimmten Tastkopf Fremdechos empfangen werden, ist es bekannt, zu jedem ausgesandten Sendeimpuls eine Zeitblende zu setzen, damit von ein und dem- selben Schallkopf nur die zu von ihm selbst ausgesandten Sendeimpulsen einlangende Echos empfangen werden. Man kann über die Zeitblende auch während des Erwartungsbereiches für einen bestimmten Echoimpuls die Auslösung des nächsten Sendeimpulses unterdrücken.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass es bei allen nach dem Impuls-Echoverfahren vorzunehmenden Untersuchungen auch dann angewendet werden kann, wenn nicht mit konstanter, sondern mit variabler Vorlaufstrecke gearbeitet wird, wobei die Vorlaufstrecke auch eine bei der gewählten Empfindlichkeit echofreie Strecke im Prüfling selbst sein kann. Es soll also eine optimale Anpassung der Impuls-Folgefrequenz an die jeweiligen Bedingungen insbesondere im Hinblick auf die Absolutgrösse der auftretenden Vorlaufstrecke erzielt werden.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das erste zu einem Sendeimpuls einlangende, von der Oberfläche des Objektes bzw. der zu untersuchenden Zone stammende Echo zur Auflösung des nächsten Sendeimpulses und des gleichzeitigen Kippvorganges verwendet wird.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird somit die Impulsfolgefrequenz unmittelbar durch die Länge der Vorlaufstrecke bestimmt und gleicht sich daher selbsttätig an die jeweiligen Verhältnisse an. Änderungen der Impulsfolgefrequenz führen zu keiner Störung in der Bildanzeige, da ja vorausgesetzt wird, dass die Darstellung der Echos zu jedem Sendeimpuls mit der gleichzeitig ausgelösten Zeitablenkung erfolgt.
In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen Fig. 1 und 2 zwei prinzipiell mögliche Anordnungen bei der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens, Fig. 3 ein Blockschaltschema eines zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten Gerätes und Fig. 4 ein Taktschema zur Erläuterung der Arbeitsweise des Gerätes nach Fig. 3.
Bei Untersuchungsverfahren nach Fig. l wird ein Schallkopf-l-zwar direkt auf die Ober- fläche --0-- eines zu untersuchenden Objektes --2-- aufgesetzt, doch weiss man, dass dieses Objekt unter der Oberfläche --0-- eine weitgehend echofreie Zone aufweist, deren Dicke grösser ist als die Dicke einer zu untersuchenden, schraffiert eingezeichneten Zone. Die echofreie Zone bildet also praktisch eine Vorlaufzone für den Schall bei der Untersuchung der schraffiert angedeuteten Zone.
Nach Fig. 2 ist das gesamte Objekt --2-- zu untersuchen. Zwischen dem Schallkopf-l-und dem Objekt --2-- ist allerdings eine aus einem wassergefüllten Rohr bestehende Vorlaufstrecke vorgesehen. Die Schallaufzeit in der Vorlaufstrecke --3-- ist hier grösser als die Schallaufzeit im Objekt--2--.
In Fig. 3 wurde der Einfachheit halber ein sogenanntes A-Bildgerät im Blockschaltschema dargestellt. Das erfindungsgemässe Verfahren und die zu seiner Durchführung notwendige Schaltungergänzung können aber mit bzw. bei jedem andern Impuls-Echogerät, bei dem eine laufzeitabhängige Darstellung der Echos erfolgt, durchgeführt werden. Vor allem ist hier an Geräte für die TM-Darstellung und an Schnittbildgeräte. gedacht.
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Von einem Schallkopf --1--, der auch hier vorgesehen ist, werden Schallimpulse ausgesandt.
Es kann sich um einen Ein-oder Mehrfachschallkopf handeln. Ferner kann der Schallkopf durch besondere Massnahmen, z. B. Schallinsen, Phasendrehglieder usw. auf in einem bestimmten Abstand von ihm liegende Zonen besonders empfindlich eingestellt sein, wobei diese besonders empfindliche Zone immer in die in Fig. l und 2 schraffiert eingezeichnete Zone fallen wird.
Im Gerät ist ein Taktgeber -6-- vorgesehen, der Triggerimpulse erzeugt, welche über eine
Leitung --7-- einen Sender --8-- anregen und ihn zur Aussendung von Sendeimpulsen veranlasst, die über eine Leitung --10-- dem Schallkopf --1-- und einem Empfänger --13-- zugeführt werden.
Dem Empfänger --13-- werden über die Leitung --10-- auch die vom Schallkopf --1-- zu den aus- @ gesandten Sendeimpulsen empfangenen und in ihm wieder in elektrische Signale zurückverwandelten
Echoimpulse zugeführt. Nach entsprechender Verstärkung und Aufbereitung, wozu eine Demodulation,
Siebung, Unterdrückung von unter einem bestimmten Schwellwert liegenden Signalen usw. zählen, gelangen die verstärkten Signale über Leitungen --15 und 19-- zu einem Plattenpaar für die Ver- tikalablenkung in einer Kathodenstrahlröhre --18--.
Der Taktgeber --6-- ist über eine Leitung --5-- mit einem Umschalter --4-- verbunden, der die Triggerimpulse wechselweise auf die Leitungen --9a und 9b-- legt, wo sie zwei unabhängigen Kippgeneratoren --lla, llb-- zugeführt werden und jeweils den Kippvorgang einleiten. Der
Schalter --4-- ist ein elektronischer Schalter und auf den Taktgeber --6-- synchronisiert. Er schal- tet aber mit Zeitverzögerung, so dass er erst jeweils kurz vor dem Einlangen des nächsten Takt- impulses seine Stellung ändert.
Praktisch wird somit jeder zweite Impuls vom Taktgeber --6-- auf die Leitung --9a und 9b-- gelegt. Die Kippdauer der Kippgeneratoren-lla und llb-- entspricht jeweils der Summe zweier Schaltzeiten des Umschalters --4--. Die beiden Kippspannungen werden auf die Leitungen --12a und 12b-gelegt. Sie sind um die Taktfrequenz des Taktgebers --6-- gegen. - einander phasenverschoben.
Die Leitungen --12a, 12b-- führen zu einem weiteren Umschalter --14--, der im Gegentakt zum Schalter -4-- arbeitet, also jeweils den über --4-- nicht mit dem Takt- geber --6-- verbundenen Kippgenerator mit einer Leitung --16- verbindet, die zu einem Ver- stärker --17- führt. In diesem Verstärker --17- werden die Kippspannungen auf eine etwa doppelt so hohe Spannung gebracht, wie sie an sich für die horizontale Aussteuerung der Kathoden- strahlröhre --18-- erforderlich wäre. Ferner wird der Kippspannung eine Gleichspannung zugefügt, so dass sich bezüglich der Zeitablenkung eine Nullpunktverschiebung ergibt und nur die zweite
Hälfte des Kippvorganges eine Auslenkung des Elektronenstrahles am Bildschirm erzeugt.
Die so erhaltene Ablenkspannung wird über eine Leitung-ZO-dem Plattenpaar zur horizontalen Ablenkung des Elektronenstrahles in der Kathodenstrahlröhre --18-- zugeführt. Weitere Schaltungseinzelheiten, wie sie bei Ultraschallgeräten u. a. für die Einblendung elektronischer Massstäbe, zur Rücklaufunter- drückung usw. vorgenommen werden, wurden im Rahmen der vorliegenden Figurenbeschreibung nicht behandelt.
Wie erwähnt wurde, soll der Umschalter --4-- kurz vor einem einlangenden Impuls umschalten, was auch dadurch erreicht werden kann, dass der über 5 zugeführte Impuls im Inneren des Um- schalters auf zwei Leitungen gelegt wird, von denen die eine ein Verzögerungsglied enthält. Hier kann der nicht verzögerte Impuls zur Steuerung des Umschalters --4-- selbst verwendet und der verzögerte Impuls auf die Leitung --9a bzw. 9b-weitergeleitet werden, so dass auch hier kurz vor der Weiterleitung des Triggerimpulses zu den Kippgeneratoren --lla bzw. llb-umgeschaltet wird. Der Umschalter --14-, der, wie erwähnt, im Gegentakt zum Schalter --4-- arbeitet, kann mit diesem über eine nicht gezeichnete Leitung zwangssynchronisiert sein.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Schaltung --4 und 14-- zu einer Einheit zu verbinden, die dann wechselweise die beschriebenen Verbindungen der Leitungen --5 und 9a, 9b bzw. 12a uns 16-- herstellen.
Um eine Untersuchung mit der jeweils höchstmöglichen Impulsfolgefrequenz zu ermöglichen und bei möglichen Änderungen der Lage der Vorlaufstrecke eine selbsttätige Anpassung zu erzielen, ist die in Fig. 3 strichliert angedeutete Torschaltung --21-- vorgesehen, die zwischen --15 und 19-- in den Leitungsverlauf eingeschaltet ist. Die Öffnungs-und Schliesszeit dieses tores --21-- wird so eingestellt, dass das erste zu einem Sendeimpuls erhaltene Echo über die Leitung --22-- zum Taktgeber --6-- zurückgeführt wird und diesen zur Aussendung eines neuen Triggerimpulses anregt. Der Taktgeber wird also von einem bestimmten Echo getriggert.
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Aus dem Zeitdiagramm nach Fig. 4 ist ersichtlich, dass der Taktgeber-6-die auf der
Linie 23 dargestellten Triggerimpulse A und B erzeugt, die fortlaufend mit Indices 1, 2 usw. ver- sehen wurden. Die mit A bezeichneten Impulse triggern den Kippgenerator --l1a--, der daher die
Spannung 24a erzeugt. Die Impulse B triggern den Kippgenerator --l1b--, so dass dieser die
Spannung 24b erzeugt. In der Zeit zwischen AI und Bl legt der Schalter --14-- die Spannung 24b, von Bl bis A2 die Spannung 24a, dann wieder von A2 bis B2 die Spannung 24b an den Ver- stärker --17-- und die Horizontalablenkplatten der Kathodenstrahlröhre. Es wird also von jedem
Kippvorgang nur die zweite Hälfte zur Zeitablenkung verwendet.
Der ausgenutzte Teil stammt aber immer von dem gleichzeitig mit dem Sendeimpuls ausgelösten Kippvorgang, von dem gerade die
Echos empfangen werden, so dass Änderungen in der Taktfrequenz zu keiner Störung der Anzeige führen können. Unter solchen Änderungen in der Taktfrequenz sind auch kleinste Änderungen im zeitlichen Abstand aufeinanderfolgender Triggerimpulse zu verstehen.