CN2215278Y - 采用锯齿波正余弦编码器的b超仪 - Google Patents

Abstract

一种采用锯齿波正余弦编码器的B超仪包括： 显示器(9)、发射器(1)，接受与放大装置(2)，A/D 转换器(3)，存贮器(7)，同步信号发生器(4)，D/A 转换器(8)，由装置在探头(6)中且与换能器(80)同步 摆动的旋转变压器(70)、钳位电路、同相放大器和 D/A转换器构成的跟踪式锯齿波正余弦编码的坐 标变换器。由于该B超仪用旋转变压器作为位置检 测部件，其坐标变换器严格跟踪于探头。较好地克服 了现有B超仪由于探头跟踪于电路所造成的图象失 真、晃动、电路结构复杂、软件工作量大等缺点。

Description

本实用新型涉及超声波机械扇扫B型诊断仪，尤其是一种采用锯齿波正余弦编码器的B超仪。

现有的超声波机械扇扫B型诊断仪，一般由显示器，产生超声发射激励脉冲的发射器，探头，接受超声波回波信号并处理成视频回波信号的接受与放大器，将视频回波信号数字化的A／D转换器，将扇扫光栅（参见图1）中用以表示每根径向声束位置的极坐标R、θ转换为显示器所需的直角座标位置的坐标变换器，存贮坐标变换器提供地址和A／D转换器所提供的数字信号的存贮器，将存贮器的数据转换为所述显示器所需的模拟电压的D／A转换器，以及控制超声发射、接收的同步电路组成。在这类诊断仪中。坐标变换器一般由位置信号形成电路（10）、X运算表（20），Y运算表（30）构成，采用的坐标变换方式为查表法。这类诊断仪可以完成对人体病变部位的诊断工作。但不足之处在于：（一）这类诊断仪工作时，探头只给出摆动一帧的起点信号，当坐标变换器收到这一起点信号时，由位置形成电路不断给出扫描光栅中每条扫描线的位置信号R和θ，然后根据X＝Rsinθ和Y＝Rcosθ（式中R＝et，c为超声波在人体组的传播反射速度，θ为探头摆动的角度）运算出扫描光栅中每条扫描线上各点对应的X和Y坐标，固化于X、Y坐标运算表中。在扇形扫描过程中，由位置信号形成电路产生的位置信号R和θ不断去查坐标运算，实现极坐标到直角坐标的转换。也就是说，这种坐标变换方案中每条扫描线的位置是由电路给出的，其探头发射接收超声波必须与电路严格同步。由于探头是机械运动，要求其跟随于电路较为困难。必然会产生同步困难，正反两帧画面重合不好，图象晃动等弊病。（二）由于探头的摆动是不均匀的，也就是说每条光栅扫描线不是均匀分布，而是规律难寻。要实现位置电路按探头摆动规律给出位置信号比较困难，作得不好，会使图象失真。（三）这类诊断仪的电路一般比较复杂，元器件用量多，软件工作量较大。

本实用新型之目的，是针对现有技术的上述缺点，提供一种位置检测准确，坐标变换器的数据可以严格跟踪于探头的摆动，电路结构简单、软件工作量少，不会发生图象失真、晃动，可以更准确地对人体病变部位进行诊断的采用锯齿波正余弦编码器的B超仪。

本实用新型目的可以这样实现：一种采用锯齿波正余弦编码器的B超仪包括：一个显示器（9）；一个产生超声发射激励脉冲的发射器（1）；一个接受超声回波并处理成视频回波信号的接收与放大装置（2）；一个输入端与所述接收与放大装置输出相连的A／D转换器（3）；一个可以存贮所述A／D转换器所提供的数字信号并完成成象与显示之间制式转换的存贮器（7），它的输入与所述A／D转换器（3）输出相连；一个同步信号发生器（4），它的输出分别与所述存贮器（7），接收与放大装置（2）和发射器（1）的控制端相连；一个将所述存贮器（7）中的图象信号转换为能显示的模拟视频信号的D／A转换器（8），它的输出与所述显示器（9）相连，其特征在于该B超仪还包括一个跟踪式锯齿波正余弦编码坐标变换器，该变换器包括：

一个用旋转变压器作为提供扇形扫描光栅位置检测信号 的探头（6），它由外壳、驱动器（60）、分别与驱动器（60）呈刚性连接的旋转变压器（70）和换能器（80）构成；换能器（80）的端头分别与所述的发射器（1）输出端和接收与放大器（2）的输入端相连；旋转变压器（70）的原边绕组AB一端接地，另一端与所述同步信号发生器（4）相连， 两个副绕组FE和CD的一端接地，另一端F和C分别作为正弦信号输出端UX″和余弦信号输出端UY″；驱动器（60）输入与所述同步信号发生器（4）相连；

一对结构完全相同的钳位电路（62、62′），它们的输入分别与所述探头（6）中旋转变压器的正弦信号输出端UX″和余弦信号输出端UY″相连；

一对结构完全相同的同相放大器（63、63′），它们的输入分别与所述的一对钳位电路（62、62′）的输出UX′和UY′相连；

一对结构相同的A／D转换器（64、64′），它们的输入分别与所述的一对同相放大器（63、63′）的输出UX和UY相连，他们的输出分别与所述存贮器（7）中接口电路相连。

所述方案的特点，是用由具有可与探头内的换能器的摆动同步的旋转变压器，钳位电路，放大电路，以及A／D转换电路构成的跟踪式锯齿波正余弦编码坐标变换器取代了传统的采用查表法的坐标变换器。这种坐标变换器直接利用旋转变压器作为位置检测部件。

由于超声束是周期性发射和接收的（参见图1），故R应为一锯齿波。将同步信号发生器（4）产生的锯齿波直接送入旋转变压器的AB绕组， 可直接在旋转变压器的两个输出端（C、F）分别得到 按X＝Rsinθ和Y＝Rcosθ调制的UX″和UY″光栅电压，将这两个电压分别进行钳位，放大和经A／D转换后，则可得到经数字化处理且和扫描光栅中每条扫描线的极坐标对应的X、Y坐标，从而实现极坐标到直角坐标的变换。

在具体制作本实用新型的跟踪式锯齿波正余弦编码坐标变换器时，所述的一对钳位电路中，单个的钳位电路由场效应管V3、电阻R1、电容C1、C3，二极管V1组成；V1和C1并联，V1的正端和负端端分别与场效应管V3的G极和同步信号发生器（4）相连，V3的D极和C3一端相连后作输出（UX′或UY′）R1的一端和V3的S极相连后接地，R1的另一端与C3另一端相连后与探头（6）的输出端相连（UX″或UY″）。

所述的一对同相放大器的单个放大器可以是集成运放器D1，电阻R3－R7构成的同相放大器；R5、R6和R7的一端与D1的负输入相连，R5、R6和R7的另一端分别与地、D1的负电源端和D1的输出端UX相连；R3和R4的一端相连后和所述的钳位电路的输出（UX′或UY′）相连；R3和R4的另一端分别与地和D1的正输入端相连；

所述的一对A／D转换器中，单个的A／D转换器由8bit高速转换器D3及相应的电容构成，它们的输入端与所述的同相放大器的输出（UX、UY）相连，其8位输出与所述的存贮器（7）相连。

本方案由于采用了跟踪式锯齿波正余弦编码的坐标变换器，它和现有的超声波机械扇扫诊断仪相比，具有以下优点。

1、由于数字变换器中的位置检测部件用采用了旋转变压器，在探头工作过程中，换转器的摆动完全与旋转变压器的摆动同步，故位置检测准确，得到的图象不会发生失真。

2、方案中的数字变换器是电路跟踪探头，故实现转换的电路简单，所用元器件少，软件工作量小；不仅能达到图象取双帧的目的，而且解决了图象的晃动问题。

3、由于所采用的探头扫描角度连续可调，可以任意选择扫描角度。可以利用大角度视野广的优点寻找病变方位；也可以利用小角度图象细腻的优点，细致的观察局部病变，为诊断提供了极大方便。

综上所述，本实用新型完全达到了其发明目的。

下面结合实例和附图对本实用新型进行说明。

图1为超声扇形扫描光栅图。

图2为现有的超声波扇扫B型诊断仪所使用的查表法进行极坐标到直角座标的变换的坐标变换器原理框图。

图3为本实用新型电路结构图，也是具体实例。

实例中（参见图3）

1为发射器；2为接收与放大器；3为A／D转换器；4为同步脉冲发生器；6为探头，它包括：外壳驱动器（60），分别与驱动器（60）呈刚性连结的旋转变压器（70）和换能器（80）（详见申请号为94229573.0的医用机械扇形扫描立式探头）。7为存贮器；8为D／A转换器；9为显示器；由于它们均为现有技术，除探头（5）外，其余均用框图表示。61为探头（6）中的旋转变压器T；62、62′为一对钳位电路；63、63′为一对同相放大器；64、64′为一对D／A转换器。下面仅对由旋转变压器（70）一对钳位电路（62、62′），一对同相放大器（63、63′）和一对D／A转换器（64、64′）构成的跟踪式正余弦调制锯齿波编码坐标变换器说明如下：

T为旋转变压器（70）〔安装在探头（6）内〕，由定子线圈（变压器原边绕组）AB和两个空间互成90°的转子线圈（变压器副边绕组）CD和EF构成。当转子绕组偏转时，定子和转子线圈间互感系数严格按正余弦变化，因而在副边绕组中的互感电势也严格按正余弦变化。将有一定重复频率的等幅锯齿波电压送入原边绕组（AB），当转子转动时，副边两绕组将分别感应出幅度按正余弦规律调制的锯齿波电压来，即在F和C端得到分别按 X＝Rsinθ和Y＝Rcosθ变化的UX″和UY″。（工作时，旋转变压器的转角要限制在一定角度范围内，一般为0～90°，那么UX″和UY″也限制在一定角度内周期变化，以保证显示器显示扇形图象。）旋转变压器采用20YG3－T01或20XZ－9C，由于该变压器具有隔直作用，UX″和UY″锯齿波虽受正余弦调制，但不具备直流分量成分，需经钳位电路钳位恢复其直流分量。所以设置了由场效应管V3，二极管V1，电阻R1，电容C3和C1组成的一对钳位（61、61′）电路。V3采用3DJ6F，在电路中作开关用。当钳位脉冲（由同步脉冲发生器提供）到来时，V3导通，钳位脉冲过后，V3截止。V3导通时相应于锯齿波逆程期，V3截止时相应于锯齿波正程期。从而保证在锯齿波逆程期电位为0V，即经钳位后的锯齿波UX′和UY′起始电位均为0V，达到恢复直流分量之目的。二极管V1和电容C1起加速V3导通的作用。通过钳位，UX′和UY′虽已恢复其直流分量成分，但其幅度较低，不能满足A／D转换要求。因此增设了由电阻R3、R4、R5、R6、R7和集成运算放大器D1组成的一对同相放大器（63、63′）对UX′和UY′进行放大。D1为集成运算放大器LF441，3脚输入，6脚输出，同相放大，采用±15V供电；R6用以调节输出端UX或UY的直流点。放大后的UX和UY虽能精准表示光栅扫描的位置，但属模拟连续信号，而直角坐标X和Y属数字信号。需将UX和UY进行数字化处理后方能得到光栅扫描位置的直角坐标。这里选用8bitA／D转换器D3和辅助电容C5－C7构成一对D／A转换器（64、64′），D3为型号为CA3318的8bit高速A／D转换器，16、21脚为信号输入端，1～8脚为数字化后信号输出端，18脚作为采样脉冲输入端，22脚REF为比较电压端，11、14、19脚为地端，12、13脚为电源端，采用＋5V供电，C5、CC6、C7为辅助电路。用一对D／A转换器（64、64′）分别对UY和UX进行A／D转换得到8位X座标X0～X7，和8位Y座标Y0～Y7，坐标变换完成。

由于本例其余部份的结构与工作过程和现有的超声波扇扫诊断仪相似，这里不再描述。

Claims (4)

1、一种采用锯齿波正余弦编码器的B超仪包括：一个显示器(9)；一个产生超声发射激励脉冲的发射器(1)；一个接收超声回波并处理成视频回波信号的接收与放大装置(2)；一个输入端与所述接收与放大装置的输出相连的A/D转换器(3)；一个可以存贮所述A/D转换器(3)所接供的数字信号的存贮器(7)，它的输入可与所述A/D转换器(3)输出相连；一个同步信号发生器(4)，它的输出分别与所述存贮器(7)、接收与放大装置(2)和发射器(1)的控制端相连；一个将所述存贮器(7)中的图象信号转换为能显示的模拟视频信号的D/A转换器(8)，它的输出与所述显示器(9)相连；其特征在于该B超仪还包括一个跟踪式锯齿波正余弦编码坐标变换器，该变换器包括：

一个用旋转变压器作为提供扇形扫描光栅检测信号的探头(6)，它由外壳、驱动器(60)，分别与驱动器(60)呈刚性连结的旋转变压器(70)和换能器(80)构成；换能器(80)的端头分别与所述的发射器(1)的输出和接收与放大器(2)的输入相连；旋转变压器(70)的原边绕组AB两端分别与所述同步信号发生器(4)和地相连，两个副绕组FE和CD一端接地，另一端F和C分别作为正弦信号输出端UX″和余弦信号输出端UY″；驱动器(60)输入与所述同步信号发生器(4)相连；

一对结构完全相同的钳位电路(62、62′)，它们的输入分别与所述探头(6)中的正弦信号输出端UX″和余弦信号输出端UY″相连；

一对结构完全相同的同相放大器(63、63′)，它们的输入分别与所述的一对钳位电路(62、62′)的输出UX′和UY′相连；

一对结构完全相同的A/D转换器(64、64′)，它们的输入分别与所述的一对同相放大器(63、63′)的输出UX和UY相连，它们的输出分别与所述的存贮器(7)中接口电路相连。

2、按权利要求1所述的采用锯齿波正余弦编码器的B超仪，其特征是所述的一对钳位电路（62、62′）中，单个的钳位电路由场效应管V3，电阻R1，电容C1、C3，二极管V1组成；V1和C1并联，V1的正端和负端分别与场效应管V3的G极和同步信号发生器（4）相连，V3的D极和C3一端相连后作输出（UX′或UY′），R1的一端和V3的S极相连后接地，R1的另一端和C3另一端相连后与探头（6）中的输出端相连（UX″或UY″）。

3、按权利要求1、2所述的采用锯齿波正余弦编码器的B超仪，其特征是所述的一对同相放大器（63、63′）中，单个的放大器可以由集成运放器D1，电阻R3－R7组成；R5、R6和R7的一端与D1的负输入相连，R5、R6和R7的另一端分别与地D1的负电源端和D1的输出端UX相连，R3和R4的一端相连后和所述钳位电路的输出端（UX′或UY′）相连，R3和R4的另一端分别与地和D1的正输入端相连。

4、按权利要求1、2  所述的采用锯齿波正余弦编码器的B超仪，其特征是所述的一对A／D转换器（64、64′）中，单个的A／D转换器由8bit高速转换器D3及相应的电容组成，D3的输入端与所述的同相放大器输出（UX或UY）相连，其8位输出与所述存贮器（7）相连。

Images