CN103412518A - 一种超声装置的无线控制系统以及交互控制的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明目的在于提供一种基于蓝牙的无线超声波探测系统，以实现超声波探测和数据的无线传输取代有线传输目的。其次，提供一种新的超声设备，其具有无线遥控装置，该无线遥控装置能够远程调整该超声设备的控制。再一个目的是提供一种用于超声设备的新的遥控装置，其包括用于超声设备的控制的子集，并与超声设备无线耦合。采用无线信号用于后台处理子系统与超声波探头组件之间的短距离无线通信，将后台处理子系统与超声波探头阵列物理分开，取代现行用超声波探头支架将超声波探头与后台处理子系统固定有线连接的方式，极大提高了探测的灵活性。不仅能节省昂贵的传输电缆线和复杂的施工的开支，最重要的是解决了布线难的难题。
Description
技术领域
本发明涉及超声装置的控制系统，尤其涉及一种超声装置的无线控制系统以及交互控制方法。
背景技术
超声波是指频率超过20kHz的声波，超声波具有三个特性：一是反射特性，当超声波由一种介质进入另一种介质时会发生反射，当介质密度相差悬殊时，声波几乎完全被反射回来；二是衰减特性，在传播过程中，由于受到介质或者杂质的阻碍，强度会产生衰减；三是声速特性，在同样条件下，其在同一介质中传播速度为常数。
随着科技的进步，蓝牙无线传输的稳定性和有效性得到很好的巩固，其价格也已经大幅度下降，完全可以投入工业大批量使用。结合蓝牙研制一种具有无线传输功能的超声波无线控制系统有非常重要的意义。
采用无线传输技术用于后台处理子系统与超声波探头组件之间的短距离无线通信，将后台处理子系统与超声波探头组件物理分开，极大提高了探测的灵活性；另外，对超声波信号采用收发分离方式取代传统的收发共用方式，可大幅度提高接收信号的信噪比。
美国专利US6135958(Mikula-Curtis等人)描述了一种超声成像系统，具有触摸垫指示装置，用于对屏幕上所显示的图像或图像中的物体进行测量、跟踪、导航、测径器布置、注释和菜单选择。该触摸垫指示装置能够利用例如红外线、射频或声频信号通过无线连接与超声成像系统耦合。使用该触摸垫指示装置能够只调整屏幕上所显示的图像上指示器的位置。因而，其缺点在于，在不访问布置在超声成像系统的主机上的用户界面输入部分的键盘或控制的情况下，不能通过换能器调整超声波的发送与接收，不能对超声波和屏幕上显示的实际图像进行处理。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于蓝牙的无线超声波探测系统，以实现超声波探测和数据的无线传输取代有线传输目的。这样不仅能节省昂贵的传输电缆线和复杂的施工的开支，最重要的是解决了布线难的难题。
其次，目的在于提供一种新的超声设备，其具有无线遥控装置，该无线遥控装置能够远程调整该超声设备的几种控制，包括能够调整通过换能器的超声波的发送和接收、对超声波和超声设备的屏幕上所显示的图像进行处理的控制。
再一个目的是提供一种用于超声设备的新的遥控装置，其包括用于超声设备的控制的子集，并与超声设备无线耦合。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种超声装置的无线控制系统，包括主机、探头，其中：所述探头超声换能器，用于传输和接收超声波，根据接收到的超声波输出接收信号并具有特定的识别信息，所述超声换能器将连续多频调制超声波信号转发给相应的超声波探头，超声换能器还缓存各个超声波探头接收到的反射波信号并传至转换器；无线通信模块，其包括用于处理由所述超声换能器输出的接收信号的信号处理器、用于将所述信号处理器中处理的接收信号转换为无线信号和传输已转换的接收信号的无线通信部件和用于获取所述超声换能器的识别信息的获取部件，所述无线通信模块通过电池接触与所述超声换能器可拆卸地连接，并具有特定的识别信息，探头内部的电池、无线通信模块、单片机依次连接，所述电池与超声换能器、转换器和无线通信模块连接，无线通信模块分别与转换器连接，所述转换器包括A/D和D/A转换器，负责模拟信号与数字信号之间的转换；所述无线通信模块主要负责将后台处理子系统产生的连续多频调制超声波信号传送至超声换能器，同时将各超声波探头接收的反射波信号传送给后台处理子系统进行处理，所述电池采用微型电池，微型电池用弹性材料与所述超声换能器、转换器和无线通信模块一起固定在探头内；所述主机包括无线适配器、用户操作组件、屏幕和操控装置，所述无线适配器与所述无线通信模块进行无线通信并根据由所述超声换能器接收到的接收信号产生超声图像，其中所述主机获取所述超声换能器的识别信息和所述无线通信模块的识别信息，以建立与所述无线通信模块的无线通信，所述用户操作组件、操控装置和超声换能器耦合，以便能够通过所述操控装置来控制所述超声换能器对接收到的超声波的处理，并控制在所述屏幕上显示的图像；操控装置具有遥控控制模块，能够遥控所述超声换能器、遥控对接收到的超声波和所述屏幕上显示的图像的处理，其中所述遥控装置包括处理模块，该处理模块与所述遥控控制模块耦合，用以根据对所述操控装置中的操作而产生和发送无线信号，其中所述遥控控制模块包括协同工作的通信装置，用以实现从遥控模块到所述处理模块的信号的发送和接收。
其中，所述超声换能器一端与探头连接，另一端通过转换器与无线通信模块连接，负责超声波信号的发送和接收，即是把连续多频调制超声波信号转发给相应的超声波探头和缓存各个超声波探头接收下来的反射波信号并传至转换器；转换器由A/D转换器和D/A转换器两部分组成，一端与超声换能器及压力传感器连接，另一端与无线通信模块连接，负责模拟信号与数字信号之间的转换；无线通信模块经转换器与超声换能器及压力传感器连接，负责超声换能器及压力传感器与后台处理子系统之间的信号传输，即是把后台处理子系统产生的连续多频调制超声波信号传送至超声换能器，把各超声波探头接收的反射波信号及压力传感器信号传送给后台处理子系统，后台处理子系统采用对应的无线通信模块来接收和发送无线信号。
其中，所述无线通信模块的传输方式选自蓝牙传输、红外传输或者其它无线传输方式，具体组成包括脉冲发生器、脉冲位置调制器、有源晶振、功率放大器、低噪放大器、射频滤波器、乘法器、低通滤波器、采样/检测器和天线；无线信号的产生过程是：有源晶振产生基准方波信号，输入脉冲发生器产生基本无线信号，基本无线信号被输入脉冲位置调制器，同时脉冲位置调制器根据超声换能器或压力传感器传来的，并经模数转换后的数字信号，对基本无线信号进行脉冲位置调制后产生调制无线信号，调制无线信号被输入功率放大器放大后经天线辐射出去；无线信号的接收过程是：后台处理子系统内无线通信模块传来的无线信号被天线接收，然后依次被输入低噪放大器、射频滤波器和乘法器，同时乘法器接收脉冲发生器输入的基本无线信号，将两信号相乘后输入低通滤波器，滤波后的信号被输入采样/检测器进行采样和检波得到数字信号输入转换器还原多频连续调制超声波信号传至超声换能器。
其中，所述操控装置为便携式无线遥控装置，选自吊坠式、钥匙扣式或者手链式，具有无线控制冻结、存储、打印和其它日常使用的功能。
其中，所述超声换能器为压电振荡器模块。
一种超声装置无线控制系统的交互控制方法，步骤如下：
(1)将探头静止于扫描的起始位置，这时信息为0；
(2)使用者移动超声探头开始扫描，探头接触超声对象后这时信息发生变化，通过单片机，产生接触触发信号经A/D转换器进行模数转换后通过无线通信模块将实时数据无线传输至主机；设探头移动的起始时刻为t0；
(3)后台处理子系统接收到接触触发信号后控制所述探头处于工作状态；进行超声波的发送和接收；若在某一时刻后台处理子系统判定某个超声波探头A应为发射状态，则产生连续多频调制超声波信号经模数转换后通过后台处理子系统的无线通信模块以无线信号的形式传至所述探头；
(4)探头的无线通信模块接收到后台处理子系统传来无线信号，经D/A转换器进行数模转换后还原成连续多频调制超声波信号传输至超声换能器；超声换能器根据传来的连续多频调制超声波信号控制所述超声波探头A发出相应频率的超声波波束进行工作；
(5)所述超声波探头A发出的超声波波束经反射回来的方向有一个超声波探头B，则后台处理子系统判定超声波探头B为接收状态；超声波探头B接收从超声波探头A发出并经内部反射回来的超声波信号，经A/D转换器模数转换后通过探头内的无线通信模块以无线信号的形式传至后台处理子系统；
(6)后台处理子系统接收到所述超声波探头B传回来的信号后对信号进行分析处理，判断超声波波束从探头A发出经反射至超声波探头B的路径内的信息情况；
(7)当探头产生脱离触发信号经A/D转换器模数转换后通过无线通信模块传至后台处理子系统；后台处理子系统接收到脱离触发信号后判断探头已经脱离，于是停止超声波信号的收发。
有益效果
采用无线信号用于后台处理子系统与超声波探头组件之间的短距离无线通信，将后台处理子系统与超声波探头阵列物理分开，取代现行用超声波探头支架将超声波探头与后台处理子系统固定有线连接的方式，极大提高了探测的灵活性。
附图说明
图1为本发明超声系统配置示意图；
图2为本发明探头配置示意图；
图3为本发明交互控制方法操作流程图。
具体实施方式
一种超声装置的无线控制系统，包括主机、探头，其中：所述探头超声换能器，用于传输和接收超声波，根据接收到的超声波输出接收信号并具有特定的识别信息，所述超声换能器将连续多频调制超声波信号转发给相应的超声波探头，超声换能器还缓存各个超声波探头接收到的反射波信号并传至转换器；无线通信模块，其包括用于处理由所述超声换能器输出的接收信号的信号处理器、用于将所述信号处理器中处理的接收信号转换为无线信号和传输已转换的接收信号的无线通信部件和用于获取所述超声换能器的识别信息的获取部件，所述无线通信模块通过电池接触与所述超声换能器可拆卸地连接，并具有特定的识别信息，探头内部的电池、无线通信模块、单片机依次连接，所述电池与超声换能器、转换器和无线通信模块连接，无线通信模块分别与转换器连接，所述转换器包括A/D和D/A转换器，负责模拟信号与数字信号之间的转换；所述无线通信模块主要负责将后台处理子系统产生的连续多频调制超声波信号传送至超声换能器，同时将各超声波探头接收的反射波信号传送给后台处理子系统进行处理，所述电池采用微型电池，微型电池用弹性材料与所述超声换能器、转换器和无线通信模块一起固定在探头内；所述主机包括无线适配器、用户操作组件、屏幕和操控装置，所述无线适配器与所述无线通信模块进行无线通信并根据由所述超声换能器接收到的接收信号产生超声图像，其中所述主机获取所述超声换能器的识别信息和所述无线通信模块的识别信息，以建立与所述无线通信模块的无线通信，所述用户操作组件、操控装置和超声换能器耦合，以便能够通过所述操控装置来控制所述超声换能器对接收到的超声波的处理，并控制在所述屏幕上显示的图像；操控装置具有遥控控制模块，能够遥控所述超声换能器、遥控对接收到的超声波和所述屏幕上显示的图像的处理，其中所述遥控装置包括处理模块，该处理模块与所述遥控控制模块耦合，用以根据对所述操控装置中的操作而产生和发送无线信号，其中所述遥控控制模块包括协同工作的通信装置，用以实现从遥控模块到所述处理模块的信号的发送和接收。
其中，所述超声换能器一端与探头连接，另一端通过转换器与无线通信模块连接，负责超声波信号的发送和接收，即是把连续多频调制超声波信号转发给相应的超声波探头和缓存各个超声波探头接收下来的反射波信号并传至转换器；转换器由A/D转换器和D/A转换器两部分组成，一端与超声换能器及压力传感器连接，另一端与无线通信模块连接，负责模拟信号与数字信号之间的转换；无线通信模块经转换器与超声换能器及压力传感器连接，负责超声换能器及压力传感器与后台处理子系统之间的信号传输，即是把后台处理子系统产生的连续多频调制超声波信号传送至超声换能器，把各超声波探头接收的反射波信号及压力传感器信号传送给后台处理子系统，后台处理子系统采用对应的无线通信模块来接收和发送无线信号。
其中，所述无线通信模块的传输方式选自蓝牙传输、红外传输或者其它无线传输方式，具体组成包括脉冲发生器、脉冲位置调制器、有源晶振、功率放大器、低噪放大器、射频滤波器、乘法器、低通滤波器、采样/检测器和天线；无线信号的产生过程是：有源晶振产生基准方波信号，输入脉冲发生器产生基本无线信号，基本无线信号被输入脉冲位置调制器，同时脉冲位置调制器根据超声换能器或压力传感器传来的，并经模数转换后的数字信号，对基本无线信号进行脉冲位置调制后产生调制无线信号，调制无线信号被输入功率放大器放大后经天线辐射出去；无线信号的接收过程是：后台处理子系统内无线通信模块传来的无线信号被天线接收，然后依次被输入低噪放大器、射频滤波器和乘法器，同时乘法器接收脉冲发生器输入的基本无线信号，将两信号相乘后输入低通滤波器，滤波后的信号被输入采样/检测器进行采样和检波得到数字信号输入转换器还原多频连续调制超声波信号传至超声换能器。
其中，所述超声换能器为压电振荡器模块。
一种超声装置无线控制系统的交互控制方法，步骤如下：
(1)将探头静止于扫描的起始位置，这时信息为0；
(2)使用者移动超声探头开始扫描，探头接触超声对象后这时信息发生变化，通过单片机，产生接触触发信号经A/D转换器进行模数转换后通过无线通信模块将实时数据无线传输至主机；设探头移动的起始时刻为t0；
(3)后台处理子系统接收到接触触发信号后控制所述探头处于工作状态；进行超声波的发送和接收；若在某一时刻后台处理子系统判定某个超声波探头A应为发射状态，则产生连续多频调制超声波信号经模数转换后通过后台处理子系统的无线通信模块以无线信号的形式传至所述探头；
(4)探头的无线通信模块接收到后台处理子系统传来无线信号，经D/A转换器进行数模转换后还原成连续多频调制超声波信号传输至超声换能器；超声换能器根据传来的连续多频调制超声波信号控制所述超声波探头A发出相应频率的超声波波束进行工作；
(5)所述超声波探头A发出的超声波波束经反射回来的方向有一个超声波探头B，则后台处理子系统判定超声波探头B为接收状态；超声波探头B接收从超声波探头A发出并经内部反射回来的超声波信号，经A/D转换器模数转换后通过探头内的无线通信模块以无线信号的形式传至后台处理子系统；
(6)后台处理子系统接收到所述超声波探头B传回来的信号后对信号进行分析处理，判断超声波波束从探头A发出经反射至超声波探头B的路径内的信息情况；
(7)当探头产生脱离触发信号经A/D转换器模数转换后通过无线通信模块传至后台处理子系统；后台处理子系统接收到脱离触发信号后判断探头已经脱离，于是停止超声波信号的收发。
参考附图，其中，相同的附图标记指的是相同或相似的元件依照本发明的超声设备，其包括主机、用户操作组件和布置于主机上的屏幕。用户操作组件包括用户界面输入部分，该用户界面输入部分包括键盘和用于控制换能器的超声特定功能控制，即，通过换能器的超声波的发送和接收，对换能器所接收的超声波和在屏幕上产生和显示的图像进行处理。附加的功能控制可以控制屏幕上所显示的数据和图像的存储或记录。
用户界面输入部分可包括多种功能控制，例如改变所反射的超声图像的强度的增益控制，以及使屏幕上显示的超声图像固定的固定控制。其他的控制可包括聚焦控制、深度控制、模式选择器、轨迹球或者用于调整屏幕上的指示器的其他装置。用户界面输入部分中的许多其他控制与上述控制一样被包括在标准的超声设备中，虽然不常使用，但偶尔仍然需要。
超声设备还包括与主机中的控制单元相连接的换能器。下面更详细地描述控制单元。
遥控装置与主机中的控制单元无线耦合，该遥控装置包括用户界面输入部分的多种功能控制的子集。遥控装置包括至少一种用于调整通过换能器的超声波的发送和接收、调整通过控制单元对超声波进行的处理、以及调整对屏幕上显示的图像的处理的控制。
遥控装置包括处理单元，以便能够根据对遥控装置上的控制的操作来产生和发送无线信号。因此，遥控装置上的所有控制都与处理单元电耦合。处理单元可以与用户设备的遥控装置中所用的电子单元类似，该电子单元用于与设备的主机合作并且产生信号并从控制按钮发送信号以便由该设备接收。
控制单元包括通过电缆与换能器耦合的射束形成电路系统，与射束形成电路系统耦合的扫描变换器，以及与射束形成电路系统和扫描变换器耦合并对两者进行控制的超声操作系统处理器。射束形成电路系统向换能器施加电压，使其振动并发射超声波能量，并且当所反射的超声波能量撞击到换能器上时，该射束形成电路系统还测量由换能器产生的电压。扫描变换器对所感测到的电压(通常在放大之后)进行处理，以产生与反射信号相关的图像。
主机中的控制单元还包括与天线耦合的信号发送、接收和处理单元，以便能够接收和处理来自遥控装置的信号。信号处理单元可以与和遥控装置合作的用户设备中使用的电子单元相似或相同。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请型的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种超声装置的无线控制系统，包括主机、探头，其特征在于：所述探头包括超声换能器，用于传输和接收超声波，根据接收到的超声波输出接收信号并具有特定的识别信息，所述超声换能器将连续多频调制超声波信号转发给相应的超声波探头，超声换能器还缓存各个超声波探头接收到的反射波信号并传至转换器；无线通信模块，其包括用于处理由所述超声换能器输出的接收信号的信号处理器、用于将所述信号处理器中处理的接收信号转换为无线信号和传输已转换的接收信号的无线通信部件和用于获取所述超声换能器的识别信息的获取部件，所述无线通信模块通过电池接触与所述超声换能器可拆卸地连接，并具有特定的识别信息，探头内部的电池、无线通信模块、单片机依次连接，所述电池与超声换能器、转换器和无线通信模块连接，无线通信模块分别与转换器连接，所述转换器包括A/D和D/A转换器，负责模拟信号与数字信号之间的转换；所述无线通信模块主要负责将后台处理子系统产生的连续多频调制超声波信号传送至超声换能器，同时将各超声波探头接收的反射波信号传送给后台处理子系统进行处理，所述电池采用微型电池，微型电池用弹性材料与所述超声换能器、转换器和无线通信模块一起固定在探头内；所述主机包括无线适配器、用户操作组件、屏幕和操控装置，所述无线适配器与所述无线通信模块进行无线通信并根据由所述超声换能器接收到的接收信号产生超声图像，其中所述主机获取所述超声换能器的识别信息和所述无线通信模块的识别信息，以建立与所述无线通信模块的无线通信，所述用户操作组件、操控装置和超声换能器耦合，以便能够通过所述操控装置来控制所述超声换能器对接收到的超声波的处理，并控制在所述屏幕上显示的图像；操控装置具有遥控控制模块，能够遥控所述超声换能器、遥控对接收到的超声波和所述屏幕上显示的图像的处理，其中所述遥控装置包括处理模块，该处理模块与所述遥控控制模块耦合，用以根据对所述操控装置中的操作而产生和发送无线信号，其中所述遥控控制模块包括协同工作的通信装置，用以实现从遥控模块到所述处理模块的信号的发送和接收。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述超声换能器一端与探头连接，另一端通过转换器与无线通信模块连接，负责超声波信号的发送和接收，即是把连续多频调制超声波信号转发给相应的超声波探头和缓存各个超声波探头接收下来的反射波信号并传至转换器；转换器由A/D转换器和D/A转换器两部分组成，一端与超声换能器及压力传感器连接，另一端与无线通信模块连接，负责模拟信号与数字信号之间的转换；无线通信模块经转换器与超声换能器及压力传感器连接，负责超声换能器及压力传感器与后台处理子系统之间的信号传输，即是把后台处理子系统产生的连续多频调制超声波信号传送至超声换能器，把各超声波探头接收的反射波信号及压力传感器信号传送给后台处理子系统，后台处理子系统采用对应的无线通信模块来接收和发送无线信号。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无线通信模块的传输方式选自蓝牙传输、红外传输或者其它无线传输方式，具体组成包括脉冲发生器、脉冲位置调制器、有源晶振、功率放大器、低噪放大器、射频滤波器、乘法器、低通滤波器、采样/检测器和天线；无线信号的产生过程是：有源晶振产生基准方波信号，输入脉冲发生器产生基本无线信号，基本无线信号被输入脉冲位置调制器，同时脉冲位置调制器根据超声换能器或压力传感器传来的，并经模数转换后的数字信号，对基本无线信号进行脉冲位置调制后产生调制无线信号，调制无线信号被输入功率放大器放大后经天线辐射出去；无线信号的接收过程是：后台处理子系统内无线通信模块传来的无线信号被天线接收，然后依次被输入低噪放大器、射频滤波器和乘法器，同时乘法器接收脉冲发生器输入的基本无线信号，将两信号相乘后输入低通滤波器，滤波后的信号被输入采样/检测器进行采样和检波得到数字信号输入转换器还原多频连续调制超声波信号传至超声换能器。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述操控装置为便携式无线遥控装置，选自吊坠式、钥匙扣式或者手链式，具有无线控制冻结、存储、打印和其它日常使用的功能。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述超声换能器为压电振荡器模块。
6.一种权利要求1所述系统的交互控制方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将探头静止于扫描的起始位置，这时信息为0；
(2)使用者移动超声探头开始扫描，探头接触超声对象后这时信息发生变化，通过单片机，产生接触触发信号经A/D转换器进行模数转换后通过无线通信模块将实时数据无线传输至主机；设探头移动的起始时刻为t0；
(3)后台处理子系统接收到接触触发信号后控制所述探头处于工作状态；进行超声波的发送和接收；若在某一时刻后台处理子系统判定某个超声波探头A应为发射状态，则产生连续多频调制超声波信号经模数转换后通过后台处理子系统的无线通信模块以无线信号的形式传至所述探头；
(4)探头的无线通信模块接收到后台处理子系统传来无线信号，经D/A转换器进行数模转换后还原成连续多频调制超声波信号传输至超声换能器；超声换能器根据传来的连续多频调制超声波信号控制所述超声波探头A发出相应频率的超声波波束进行工作；
(5)所述超声波探头A发出的超声波波束经反射回来的方向有一个超声波探头B，则后台处理子系统判定超声波探头B为接收状态；超声波探头B接收从超声波探头A发出并经内部反射回来的超声波信号，经A/D转换器模数转换后通过探头内的无线通信模块以无线信号的形式传至后台处理子系统；
(6)后台处理子系统接收到所述超声波探头B传回来的信号后对信号进行分析处理，判断超声波波束从探头A发出经反射至超声波探头B的路径内的信息情况；
(7)当探头产生脱离触发信号经A/D转换器模数转换后通过无线通信模块传至后台处理子系统；后台处理子系统接收到脱离触发信号后判断探头已经脱离，于是停止超声波信号的收发。
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