DE102006052168A1 - Digitaler Log-Verstärker für Ultraschalluntersuchungen - Google Patents

Digitaler Log-Verstärker für Ultraschalluntersuchungen Download PDF

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Scott Allen Herbster
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Abstract

Die Einrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung sehen mehrere Linearverstärker (104, 112) vor, die ein Ultraschallsignal (102) gleichzeitig verarbeiten bzw. verstärken. Jeder Verstärker (104, 112) hat eine vorbestimmte Verstärkung, die dazu geeignet ist, ein gewünschtes Ausgangssignalniveau zur Eingabe in einen A/D-Wandler (106, 114) zur Weiterverarbeitung zu erzielen. Das Ausgangssignal jedes Verstärkers (104, 112) wird durch einen entsprechenden A/D-Wandler (106, 114) mit sehr hoher Frequenz abgetastet, um das Analogausgangssignal jedes Linearverstärkers (104, 112) in ein Digitalsignal (d1, d2) zu wandeln. Logikschaltungen (118) überwachen gleichzeitig alle Ausgangsdigitalsignale (d1, d2) der A/D-Wandler (106, 114). Die Logikschaltungen (118) bestimmen, welches Ausgangssignal der A/D-Wandler (106, 114) im linearen Bereich ist und dabei den größten Output aufweist, und speichern das ausgewählte Signal in einem Speicher. Die gespeicherten Ausgangssignalkurven werden nachfolgend zu einem kontinuierlichen linearen Digitalausgangssignal kombiniert, das einen Dynamikbereich hat, der ungefähr der Summe der individuellen Dynamikbereiche der einzelnen Verstärker (104, 112) und der A/D-Wandler (106, 114) ist. Das kombinierte kontinuierliche lineare digitale Ausgangssignal kann in einen logarithmischen Wandler gegeben werden, um eine Signalkurve zu erzeugen, die einen weiten Dynamikbereich hat.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zur Verarbeitung von akustischen Signalen zur Verwendung bei der Ultraschallinspektion und -Untersuchung und spezieller auf die simultane Verarbeitung eines akustischen Signals durch viele lineare Verstärker, um ein kombiniertes lineares digitales Ausgangssignal mit einem Dynamikbereich zu erhalten, der größer ist als die einzelnen Bereiche der Verstärker.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Bei der Ultraschallinspektion werden mittels eines Transducers hochfrequente Ultraschallwellen erzeugt, um Untersuchungsobjekte zu prüfen und Messungen durchzuführen. Die Ultraschallinspektion kann dazu genutzt werden, in Untersuchungsobjekten Fehler aufzuspüren und eine Evaluation, Größenmessungen, Materialcharakteristika und weiteres an Objekten zu messen. Die ursprünglich für Metalle entwickelten Messprozeduren sind auf Ingenieurmaterialien, wie beispielsweise Verbundwerkstoffe ausgedehnt worden, wo solche Charakteristika, wie z.B. die Anisotropie und die Inhomogenität von Belang sind. Fortschritte in den Digitalisierungs- und Berechnungsmöglichkeiten haben die Bauarten der Instrumente und Algorithmen verändert, die bei der Verarbeitung der sich ergebenden Daten genutzt werden. Es sind hochauflösende bildgebende Systeme und viele Messmodalitä ten zur Fehlercharakterisierung aufgetaucht. Von Interesse sind die Erfassung, die Charakterisierung und Größeneinschätzung von Defekten sowie die Charakterisierung der Materialien, die aufgefunden werden. Die Aufgaben reichen bei der Ultraschalluntersuchung von der Bestimmung fundamentaler mikrostruktureller Charakteristika, wie beispielsweise Korngröße, Porosität, Textur und bevorzugte Kornorientierung bis zu den Materialeigenschaften, die mit Fehlermechanismen wie Ermüdung, Kriechen und Hochfestigkeit zusammenhängen.
  • Bei der Ultraschalluntersuchung wird ein ein piezoelektrisches Element enthaltender Transducer durch einen elektrischen Impuls erregt, um einen Ultraschallimpuls in ein Untersuchungsobjekt zu senden. Die Schallwelle läuft durch das Untersuchungsobjekt und wird reflektiert. Der Transducer empfängt die reflektierte Welle und die reflektierte Welle wird durch den Transducer in ein elektrisches Signal gewandelt und analysiert, um zu ermitteln, ob in dem Untersuchungsobjekt eine Diskontinuität vorliegt. Ein Fehler oder eine Diskontinuität in dem Untersuchungs- oder Prüfobjekt wird durch spezielle anomale Profile in dem elektrischen Signal charakterisiert, das auf einem Display, wie beispielsweise einem Oszilloskop oder einer Aufzeichnungseinrichtung sichtbar gemacht werden kann.
  • Das elektrische Signal des Transducers, das die reflektierte Schallwelle repräsentiert, muss zur Eingabe in eine Wiedergabe- oder Aufzeichnungseinrichtung verstärkt werden. Um angezeigt werden zu können, muss das verstärkte Signal in einen bestimmten Dynamikbereich fallen, der durch die Maximal- und Minimalbetriebsparameter der entsprechenden Wiedergabeeinrichtung definiert ist. In vielen Fällen enthält das die akustische Welle repräsentierende Signal viele Komponenten. Beispielsweise wird das im Falle eines nah an der Oberfläche des Objekts auftretenden Fehlers eintretende Echo, das durch den oberflächennahen Defekt verursacht wird, innerhalb des Zeitintervalls des ursprünglichen Impulses empfangen. In diesem Fall ist der Fehler durch eine visuelle Anzeige oder eine Aufzeichnungseinrichtung nicht erfassbar, weil die Amplitude des Echos im Verhältnis zu dem ursprünglichen Impuls klein ist. Weil das Instrument sie gleichzeitig empfängt, wird das schwache Echosignal des oberflächennahen Fehlers von dem größeren ursprünglichen Impuls oder Interfacesignal im Wesentlichen überlagert. Die große Amplitudendifferenz der beiden gleichzeitigen Signale macht das kleinere Signal sehr schwer erfassbar.
  • Im Versuch, den Dynamikbereich zu komprimieren, sind bereits logarithmische Analogverstärker verwendet worden, jedoch sind Analogverstärker infolge der beschränkten Bandbreite und des beschränkten Dynamikbereichs logarithmischer Analogverstärker zur Durchführung dieser Aufgabe nicht besonders gut geeignet. Außerdem sind Analogtechniken durch Rausch- und Präzisionsprobleme beschränkt.
  • Deshalb gibt es einen Bedarf für eine Einrichtung zur digitalen Verarbeitung gleichzeitiger Ultraschallsignale mit stark variierenden Amplituden und zur Kombination derselben zur Anzeige in einem kontinuierlichen linearen Digitalsignal mit einem weiten Dynamikbereich.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung sehen eine Anzahl von linearen Verstärkern vor, die ein Ultraschallsignal gleichzeitig verarbeiten. Jeder der mehreren linearen Verstärker weist einen vorbestimmten Verstärkungsfaktor auf, der zum Erzielen des gewünschten Ausgangssignalpegels zur Eingabe in einen A/D-Wandler (Analog/Digital-Wandler) zur Weiterverarbeitung geeignet ist. Das Ausgangssignal jedes Verstärkers wird durch jeden entsprechenden A/D-Wandler mit einer sehr hohen Frequenz abgetastet, um das analoge Ausgangssignal jedes Linearverstärkers in ein Digitalsignal umzusetzen. Logische Schaltungen überwachen alle digitalen Ausgangssignale der A/D-Wandler gleichzeitig. Die logischen Schaltungen bestimmen, welcher Ausgang der A/D-Wandler das größte lineare Ausgangssignal aufweist und speichern das ausgewählte Ausgangssignal in einer Speichereinrichtung. Die gespeicherten Ausgangssignalkurven (die auch als Wellenformen oder Kurvenformen bezeichnet werden) werden nachfolgend zu einem kontinuierlichen linearen digitalen Ausgangssignal kombiniert, das einen Dynamikbereich aufweist, der ungefähr der Summe der individuellen Dynamikbereiche der einzelnen A/D-Wandler entspricht. Die kombinierte kontinuierliche digitale Linearausgangssignalkurve kann durch entsprechende Berechnung präzise in eine logarithmische Skale umgerechnet werden, um eine Signalkurve mit einem weiten Dynamikbereich zu erzeugen, das mit dem Ausgangssignal eines logarithmischen Verstärkers vergleichbar ist.
  • Ein Vorzug der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Einrichtung kleine oberflächennahe Defekte eines Prüfobjekts erfassen kann, indem das von der Oberfläche des Prüfobjekts reflektierte konstante Wellensignal eliminiert wird und die kleinen Signale erfasst werden, die normalerweise durch das von der Oberfläche reflektierte konstante Signal verdeckt werden.
  • Ein anderer Vorzug der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass gleichzeitig reflektierte Signalwellen in einem weiten Dynamikbereich ohne Verzerrung der entsprechenden Signalkurve gemessen und aufgezeichnet werden können.
  • Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass für die Messung von Digitalsignalen, die aus verschiedenen Tiefen des Materials reflektiert und durch hohe Signaldämpfung charakterisiert sind, ein weiter Dynamikbereich geboten wird.
  • Andere Eigenschaften und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, die anhand eines Beispiels die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Zeichnung einer Testanordnung mit dem erfindungsgemäßen digitalen logarithmischen Verstärker.
  • 2 ist eine schematische Skizze des digitalen logarithmischen Verstärkers und
  • 3 ist ein Flussbild des Verfahrens zur Konvertierung eines Analogsignals in eine Vielzahl von digitalen Komponenten, die eine reflektierte Ultraschallwelle repräsentieren.
  • Wo immer möglich, werden durch die Zeichnungen hindurch gleiche Bezugszeichen genutzt, die sich auf gleiche oder ähnliche Teile beziehen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Es wird auf 1 verwiesen, wonach eine Inspektionsuntersuchungsanordnung 10 eine Impulsgeneratorschaltung 12 aufweist, die einen Impuls an einen Transducer 14 überträgt, um eine akustische Ultraschallwelle 18 durch ein Untersuchungsobjekt 16 zu schicken. Die Welle 18 wird zu dem Transducer 14 zurück reflektiert. Bei dem in 1 veranschaulichten Beispiel wird die akustische Welle von einem Transducer sowohl ausgesendet als auch empfangen, jedoch können auch andere Untersuchungskonfigurationen mit mehreren Transducern genutzt werden, von denen einige senden, einige empfangen und einige sowohl Sende- als auch Empfangsfunktion haben. Der Transducer 14 empfängt die reflektierte akustische Welle und wandelt sie in ein elektrisches Signal zurück, das in den erfindungsgemäßen digitalen logarithmischen Verstärker (DLA) 100 eingegeben wird. Der DLA 100 verarbeitet das elektrische Signal, das die reflektierte Welle repräsentiert, wie nachstehend in weiteren Details diskutiert wird. Die von dem DLA 100 ausgegebene Signalkurve wird auf einem Oszilloskop 20 oder einem ähnlichen peripheren Display oder einer Speichereinrichtung angezeigt (die nicht veranschaulicht ist). Wie dem Fachmann bekannt ist, kann die Anordnung nach 1 durch viele andere Testanordnungen ersetzt werden. Deshalb wir die Anordnung nach 1 als Beispiel gegeben, wobei die Erfindung nicht auf die spezielle Anordnung dieses Beispiels beschränkt ist.
  • Wie in 1 angegeben, reflektiert ein Defekt 22 in dem Untersuchungsobjekt 16 die Welle 18 an einem Punkt, der von einer Rückseite 24 des Untersuchungsobjekts 16 verschieden ist, was zu unterschiedlichen Wellen- oder Signallaufzeiten führt, die auf dem Schirm des Oszillographen 20 sichtbar gemacht werden können. Je kleiner der Defekt 22 ist desto kleiner ist die Größe der reflektierten Welle, so dass in einigen Fällen die Empfindlichkeit der Ausgabeeinrichtung oder die Nichtlinearität des Verstärkers dazu führen kann, dass ein kleines reflektiertes Signal verloren geht. Wenn der Defekt 22 sehr nahe bei der Oberfläche liegt, kann die reflektierte, dem Defekt 22 zugeordnete Welle 28 ungefähr zur gleichen Zeit wie der ursprüngliche Impuls 26 oder das Interfacesignal von dem Verstärker empfangen und auf dem Display 20 ausgegeben werden. Bei der Wiedergabe auf einem Analogdisplay ist der ursprüngliche Impuls 26 im Verhältnis zu der oberflächennahe reflektierten Welle 28 sehr groß, so dass das kleine reflektierte Signal 28 in dem größeren Signal verloren gehen kann.
  • Es wird nun auf 2 verwiesen – das Signal S, das eine durch ein Untersuchungsobjekt gelaufene reflektierte Welle repräsentiert, wird in den Eingang 102 des DLA 100 gegeben. Ein Verstärker 104 weist eine Verstärkung auf, die dazu ausreicht, ein ungedämpftes Signal S zu verarbeiten und er verstärkt das Signal S zur Eingabe in einen Analog/Digital-Wandler 106 (A/D-Wandler). Vorzugsweise sind alle im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung benutzten A/D-Wandler 14-Bit-Wandler mit großem Dynamikbereich, jedoch kann die Erfindung prinzipiell mit jeder Bauart von Analog/Digital-Wandlern realisiert werden. Das Ausgangssignal des Verstärkers 104 wird in den A/D-Wandler 106 gegeben und mit hoher Rate abgetastet, um eine digitalisierte Repräsentation d1 des Analogsignals S zu geben. Die Abtastfrequenz muss wenigstens zweimal so groß sein wie die Analogsignalfrequenz und vorzugsweise sollte sie in der Praxis wenigstens das Dreifache der Frequenz des Analogsignals S sein. Die bevorzugte Abtastfrequenz für Anwendungsfälle mit niedriger Signalfrequenz liegt bei ungefähr 50 MHz und für hohe Signalfrequenzen liegt sie bei ungefähr 100 MHz, jedoch kann sie in Abhängigkeit von der Frequenz des Analogsignals S größer oder kleiner sein.
  • Das Analogsignal S wird gleichzeitig durch wenigstens einen Dämpfer verarbeitet. 2 veranschaulicht lediglich einen Dämpfungspfad 116, jedoch versteht sich, dass der DLA 100 der vorliegenden Erfindung typischerweise zwei oder mehrere parallele Pfade mit unterschiedlichen Dämpfungswerten aufweisen kann. Jeder Dämpfungspfad 116 enthält einen Dämpfer 110, einen Verstärker 112 und einen A/D-Wandler 114, die ähnlich zu dem Dämpfungspfad 116 miteinander in Serie angeordnet sind. In dem Beispiel nach 2 dämpft der Dämpfer 110 das Signal S vor Eingabe in den Verstärker 112. Die Dämpfungswerte sind vorzugsweise in Schritten von –6db (beispielsweise –24db, –30db, –36db usw.) festgelegt, was bequemerweise einen zusätzlichen Abtastbit für jeweils 6db Dämpfung entspricht, jedoch kann, wenn gewünscht, ersatzweise jede Größe von Signaldämpfung genutzt werden. In dem in 2 veranschaulichten Beispiel wird durch den Dämpfer 110 vor der Verstärkung eine Signalabschwächung von (–)42dB erbracht. Der Verstärker 112 weist eine Verstärkung auf, die für den Dynamikbereich des gedämpften Signals S geeignet ist, um ein gewünschtes Ausgangssignalniveau des verstärkten Signals zu erbringen. Das Ausgangssignal des Verstärkers 112 wird in den A/D-Wandler 114 geleitet und gleichzeitig mit der gleichen Rate abgetastet wie bei dem A/D-Wandler 106, um eine zweite digitalisierte Repräsentation d2 des Signals S zu erbringen. Jede Anzahl von Dämpfungspfaden kann dazu genutzt werden, das Signal S zur gleichzeitigen Eingabe an eine entsprechende Anzahl von Verstärkern zu verarbeiten. Die Dämpfungswerte sind so ausgewählt, dass sie an die gewünschten Übertragungspegel angepasst sind, und jeder Verstärker weist einen Verstärkungsfaktor auf, der im Hinblick auf den zugeordneten Dämpfer festgelegt ist, um ein gewünschtes Ausgangssignalniveau für den zugeordneten A/D-Wandler zu liefern.
  • Die Logikschaltungen 118 analysieren die Signalpegel der digitalisierten Ausgangssignale d1, d2 der A/D-Wandler 106, 114 oder, wenn zusätzliche Pfade verwendet werden, die digitalisierten Ausgangssignale aller Pfade. Die Logikschaltungen 118 ermitteln, welcher der Wandler 106, 114 das größte Ausgangssignal aufweist, das linear ist, wenn sich die Amplitude des Signals S ändert. Die Logikschaltungen 118 ermitteln, ob das digitalisierte Ausgangssignal jedes Wandlers zwischen eine vorbestimmte Begrenzungsschwelle und ein vorbestimmtes Minimalsignalniveau fällt. Solche Ausgangssignale, die außerhalb des gewünschten Bands liegen, werden eliminiert – das betrifft z.B. Ausgangssignale oberhalb der vorbestimmten Begrenzungsschwelle oder unterhalb der Minimalsignalschwelle. Die ausgewählten Wandlerausgangssignalkurven, die zwischen der Begrenzungsschwelle und dem Minimalpegel liegen, werden in einer (nicht veranschau lichten) digitalen Speichereinrichtung gespeichert. Die gespeicherten Ausgangssignalformen von Signalen mit unterschiedlichen Amplituden werden nachfolgend durch Logikschaltungen 18 miteinander kombiniert, um ein kontinuierliches lineares digitales Ausgangssignal zur Wiedergabe auf einem Oszillographen 20 oder einer anderen peripheren Einrichtung zu bilden, die mit dem Verstärkerausgang verbunden ist. An jedem Abtastpunkt N1, N2, N3 usw., die bei 50 MHz Abtastrate in 20 Nanosekunden-Abstand liegen, sind die Ausgangssignale der vielen A/D-Wandler verfügbar. Somit entscheiden die Logikschaltungen für den Abtastpunkt N1 welches der Ausgangssignale in dem Bereich liegt und diese Amplitude wird für das Logikschaltungsausgangssignal genutzt. Als nächstes entscheiden die Logikschaltungen 18 für den Abtastpunkt N2 welches A/D-Wandlerausgangssignal in dem Logikschaltungsausgangssignal zu nutzen ist. Dieser Prozess wird für jeden Abtastpunkt fortgesetzt. Alle 6dB Dämpfung an dem Eingang des 14 Bit A/D-Wandlers 114 entsprechen (ungefähr) einem Extrabit Empfindlichkeit und einer Verdopplung des Dynamikbereichs des resultierenden Ausgangssignals der Logikschaltung. Der Dynamikbereich des resultierenden Ausgangssignals der Logikschaltung ist größer als 20 Bit, was der Summe der vielen Dynamikbereiche der einzelnen Verstärker und A/D-Wandlerkombinationen entspricht. Das digitalisierte Signal kann durch einen entsprechenden Wandlungsalgorithmus in eine logarithmische Skalierung umgesetzt werden, der von der Logikschaltung 18 ausgeführt wird, um den Dynamikbereich des kombinierten Ausgangssignals für eine Bildschirmdarstellung oder eine Aufzeichnung zu komprimieren. Dieser Umsetzungsalgorithmus erzeugt ein logarithmisches Ausgangssignal, das über einen größeren Dynamikbereich präziser ist als. es mit vorhandenen Techniken zu erzielen wäre.
  • Das Verfahren zur Umsetzung eines Analogsignals in eine Vielzahl von digitalen Komponenten bzw. Teilsignalen, die eine reflektierte Ultraschallwelle eines Untersuchungsobjekts repräsentieren, ist in 3 erläutert. Der im Ganzen mit 200 bezeichnete Ablaufplan beginnt in Schritt 210 mit der Verarbeitung eines reflektierten Analogsignals durch gleichzeitige Verstärkung des Analogsignals durch mehrere unterschiedliche Verstärker. Dann wird das Analogsignal in Schritt 212 mit mehreren vorbestimmten Dämpfungsniveaus gedämpft, bevor es in wenigstens einen der mehreren Verstärker geleitet wird. Als nächstes wird in Schritt 214 die Verstärkung jedes der mehreren Verstärker auf ein vorbestimmtes Niveau gesetzt, das für einen gewünschten vorbestimmten Analogausgangssignalpegelbereich geeignet ist. In Schritt 216 werden die verstärkten analogen Ausgangssignale jedes der mehreren Verstärker jeweils in ein Digitalsignal konvertiert. Dann bestimmt das System in Schritt 218, welches der konvertierten Digitalsignale (1) linear und (2) größer als die Amplitude der anderen konvertierten Digitalsignale ist. Auf den Schritt 218 folgend, wird in Schritt 220 das größte konvertierte lineare digitalisierte Signal in einem Speicher oder einem anderen digitalen Speichermittel gespeichert. Dann wird in Schritt 222 eine Vielzahl von gespeicherten konvertierten Digitalsignalen miteinander kombiniert, um eine digitale Repräsentation der reflektierten Welle zu erzeugen, wobei die digitale Repräsentation der reflektierten Welle einen weiteren Dynamikbereich aufweist als die Dynamikbereiche der einzelnen individuellen Verstärker. In dem optionalen Schritt 224 werden die kombinierten gespeicherten größten linearen konvertierten Digitalsignale in einen Logarithmieralgorithmus eingegeben. Dann werden in Schritt 226 die größten linearen konvertier ten Digitalsignale auf einer Ausgabeeinrichtung zur Analyse der physikalischen Eigenschaften oder irgendwelcher Defekte oder Fehlstellen des Untersuchungsobjekts ausgegeben.
  • Es ist bekannt, dass kleine Defekte nahe der Oberfläche eines Untersuchungsobjekts schwer zu erfassen sind. Die reflektierte Signalkurve eines oberflächennahen Defekts ist im Verhältnis zu dem Grenzflächensignal oder der Oberflächenreflexion sehr klein. Die Größe des Grenzflächensignals kann in der Größenordnung von einhundert mal größer als die Größe des Signals des Defekts sein. Somit übersteuert das größere Signal den Verstärker und das Signal des Defekts, das in der größeren Signalkurve enthalten ist, geht verloren oder ist nicht erfassbar. Das Grenzflächensignal kann von dem Verstärkerausgangssignal abgezogen werden, weil die Größe und Kurvenform des Grenzflächensignals bekannt ist. Durch Eliminierung des Grenzflächensignals können schwächere Signale, wie beispielsweise die Signale oberflächennaher Fehler wahlweise angezeigt werden, was es dem Tester gestattet, präzisere Inspektionsresultate von oberflächennahen Defekten zu erhalten. Außerdem können, wenn Ultraschalluntersuchungstechniken zur Messung der Dicke eines Untersuchungsobjekts benutzt werden, große Variationen der Amplitude eliminiert werden, indem die Kurvenformen über einen großen Dynamikbereich aufgenommen werden, was eine Verbesserung der Genauigkeit bei Dickenmessungen gestattet.
  • Ein anderer Vorzug der vorliegenden Erfindung wird bei der Ultraschalluntersuchung von Verbundwerkstoffen gesehen, die durch hohe Dämpfung charakterisiert sind. Der große Dynamikbereich des DLA gestattet genaue Amplitudenmessungen der Signale aus verschiedenen Tiefen des Untersuchungsob jekts des Verbundmaterials sowie die Untersuchung von Verbundmaterialien mit großen Dickenvariationen.
  • Schließlich gestattet der DLA die einfache Umsetzung kombinierter Ausgangssignale der gespeicherten Kurvenformen in eine logarithmische Skalierung ohne Rausch- oder Genauigkeitsbeschränkungen, die normalerweise bei logarithmischen Analogverstärkern auftreten.
  • Die Einrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung sehen mehrere Linearverstärker 104, 112 vor, die ein Ultraschallsignal 102 gleichzeitig verarbeiten, bzw. verstärken. Jeder Verstärker 104, 112 hat eine vorbestimmte Verstärkung, die dazu geeignet ist, ein gewünschtes Ausgangssignalniveau zur Eingabe in einen A/D-Wandler 106, 114 zur Weiterverarbeitung zu erzielen. Das Ausgangssignal jedes Verstärkers 104, 112 wird durch einen entsprechenden A/D-Wandler 106, 114 mit sehr hoher Frequenz abgetastet, um das Analogausgangssignal jedes Linearverstärkers 104, 112 in ein Digitalsignal d1, d2 zu wandeln. Logikschaltungen 118 überwachen gleichzeitig alle Ausgangsdigitalsignale d1, d2 der A/D-Wandler 106, 114. Die Logikschaltungen 118 bestimmen, welches Ausgangssignal der A/D-Wandler 106, 114 den im linearen Bereich ist und dabei den größten Output aufweist und speichern das ausgewählte Signal in einem Speicher. Die gespeicherten Ausgangssignalkurven werden nachfolgend zu einem kontinuierlichen linearen Digitalausgangssignal kombiniert, das einen Dynamikbereich hat, der ungefähr der Summe der individuellen Dynamikbereiche der einzelnen Verstärker 104, 112 und der A/D-Wandler 106, 114 ist. Das kombinierte kontinuierliche lineare digitale Ausgangssignal kann in einen logarithmischen Wandler gegeben werden, um eine Signalkurve zu erzeugen, die einen weiten Dynamikbereich hat.
  • Während die Erfindung mit Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden ist, versteht sich für den Fachmann, dass an ihr viele Veränderungen vorgenommen und Elemente durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Zusätzlich können an den Lehren der Erfindung, ohne deren wesentlichen Bereich zu verlassen, viele Modifikationen zur Anpassung an spezielle Situationen oder Materialien vorgenommen werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die spezielle beschriebene Ausführungsform, die als beste Art zur Ausführung der Erfindung angesehen wird, beschränkt ist – vielmehr soll die Erfindung alle Ausführungsformen umfassen, die in den Bereich der nachfolgenden Ansprüche fallen.

Claims (10)

  1. Digitaler Verstärker (100) zur Verarbeitung eines Ultraschallanalogsignals (102), das eine reflektierte Welle repräsentiert, wobei der Verstärker aufweist: wenigstens einen nicht gedämpften Verarbeitungspfad mit einem Verstärkermittel (104) zur Verstärkung des Analogsignals (102) um ein gewünschtes Maß, Wandlermittel (106) zur digitalen Abtastung des verstärkten Analogsignals zur Umwandlung des Analogsignals in eine digitale Repräsentation des Analogsignals, wenigstens einen gedämpften Verarbeitungspfad (116), wobei jeder gedämpfte Verarbeitungspfad (116) Dämpfermittel (110) zur Dämpfung des Analogsignals (102), Verstärkermittel (112) zur Verstärkung des gedämpften Analogsignals (102) um ein gewünschtes Maß sowie Konvertermittel (114) zur digitalen Abtastung des verstärkten, gedämpften Analogsignals (102) enthält, um eine digitale Repräsentation des Analogsignals zu bilden, Logikschaltungsmittel (118) zur Auswahl eines digitalisierten Signals aus den mehreren digitalisierten Signalen, das linear ist und die größte Amplitude der digitalisierten Signale aufweist, Speichermittel zur Speicherung einer Anzahl gewählter digitalisierter Signale und Kombinationsmittel zur Kombinierung der gespeicherten mehreren digitalisierten Signale zur Bildung einer kontinuierlichen linearen digitalen Signalkurve.
  2. Digitaler Verstärker nach Anspruch 1, wobei das Kombinationsmittel ein Satz logischer Schaltungen ist, die dazu eingerichtet sind, die mehreren digitalisierten Signale in eine logarithmische Skale umzusetzen, um die Amplitude der kontinuierlichen linearen digitalen Signalkurven über einen weiten Dynamikbereich zu komprimieren.
  3. Digitaler Verstärker nach Anspruch 1, wobei das Analogsignal ein Niederfrequenzsignal ist und die digitale Abtastrate des Konvertermittels bei ungefähr 50 MHz liegt.
  4. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das Analogsignal ein Hochfrequenzsignal ist und die digitale Abtastrate des Konvertermittels ungefähr 100 MHz beträgt.
  5. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das Konvertermittel (106, 114) durch 14 Bit Analog/Digital-Wandler gebildet ist.
  6. Digitaler Verstärker nach Anspruch 2, wobei das Analogsignal (102) ein Niederfrequenzsignal ist und die digitale Abtastrate des Konvertermittels ungefähr 50 MHz beträgt.
  7. Einrichtung nach Anspruch 2, wobei das Analogsignal (102) ein Hochfrequenzsignal ist und die digitale Ab tastrate des Konvertermittels ungefähr 100 MHz beträgt.
  8. Einrichtung nach Anspruch 2, wobei das Konvertermittel (106, 114) 14 Bit Analog/Digital-Wandler sind.
  9. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das Dämpfungsmittel (110) des wenigstens einen gedämpften Pfads ein Dämpfer (110) ist, wobei jeder der gedämpften Pfade (116) einen Dämpfer (110) mit unterschiedlichem Dämpfungswert aufweist.
  10. Einrichtung nach Anspruch 9, wobei die unterschiedlichen Dämpfungswerte aus 6dB-Schritten bestehen.
DE102006052168A 2005-11-04 2006-11-02 Digitaler Log-Verstärker für Ultraschalluntersuchungen Withdrawn DE102006052168A1 (de)

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