DE2025805A1

DE2025805A1 - Reconstruction of the movement of a reflection surface

Info

Publication number: DE2025805A1
Application number: DE19702025805
Authority: DE
Inventors: Harold Lee Cranbury; Mount Bruce Elson Wayne N.J. Massie (V.St.A.). GOIp
Original assignee: F Hoffmann La Roche AG
Current assignee: F Hoffmann La Roche AG
Priority date: 1969-06-05
Filing date: 1970-05-26
Publication date: 1970-12-10
Also published as: GB1301579A; NL7007914A; JPS508917B1; FR2045857B1; SE358476B; FR2045857A1; CH510268A

Description

DH. ING. Γ. WUESTIie FF DIPLINO.ß. Pl-LSDH. ING. Γ. WUESTIie FF DIPLINO.ß. Pl-LS

UH. ING. D. BEDRKNS 2 Π ? ζ fi Π ζUH. ING. D. BEDRKNS 2 Π? ζ fi Π ζ

PATBNTANWÄLTK £ U £ 0 0 U 3PATBNTANWÄLTK £ U £ 0 0 U 3

MÜNCHEN 90MUNICH 90

H. aH. a

RANRAN

F. Hofiinann-La Roche & Co. Aktiengesellschaft, Basel/SchweizF. Hofiinann-La Roche & Co. Aktiengesellschaft, Basel / Switzerland

Reconstruction of the movement of a reflective surface

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verarbeitung eines Dopplersignals, das sich aus einer Frequenzverschiebung eines Trägersignals durch Reflexion an einem bewegten Flächenabschnitt ergibt.The invention relates to a method and an apparatus for processing a Doppler signal that is results from a frequency shift of a carrier signal due to reflection on a moving surface section.

Bei der Ueberwachung von bewegten Flächenabschnitten sind verschiedene Messverfahren bekannt, die mit hochfrequenten elektrischen Wellen (Radar), Ultraschall oder anderen Energieformen arbeiten. Ein häufig durchgeführtes Verfahren ist die CW-Doppler-Technlk (CV/ = continuous wave, nichtgepulster Wellenzug) bei der das Modulationsprodukt aus gesendeter und reflektierter Energie ausgewertet wird. Zur genauen Messung des zeitlichen Verlaufs der Bewegung eines Flächenabschnitts wird die Frequenz der Doppler-verschobenen Welle mit der Frequenz der gesendeten Welle verglichen und der Frequenzunterschied bestimmt, was üblicherweise durch Auszählen derWhen monitoring moving surface sections, various measuring methods are known that use high-frequency electrical waves (radar), ultrasound or other forms of energy work. A commonly performed procedure is that CW-Doppler-Technlk (CV / = continuous wave, non-pulsed Wave train) in which the modulation product of transmitted and reflected energy is evaluated. For precise measurement of the temporal course of the movement of a surface section, the frequency of the Doppler-shifted wave becomes with the Frequency of the transmitted wave compared and the frequency difference determines what is usually done by counting the

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Schwingungen oder der Nulldurchgänge der Differenzfrequenz pro Zeiteinheit geschieht. Solche Verfahren liefern aber keine kontinuierliche, der Bewegung des Flächenabschnitts proportionale Funktion. Ausserdem kann mit den meisten bekannten Verfahren, die auf dem Dopplereffekt beruhen, die Richtung der Bewegung nicht festgestellt werden, da sie keinen Unterschied zwischen positiven und negativen Frequenzverschiebungen machen. Dazu kommt, dass diese Verfahren nur zufriedenstellend arbeiten, wenn die zu messende Geschwindigkeit Über wenigstens eine mehreren Schwingungen der Differenzfrequenz entsprechende Distanz konstant ist, da ihnen die Bildung eines Mittelwertes zugrunde liegt. In diesem Zusammenhang wurde aber festgestellt, dass in vielen Fällen die Geschwindigkeit nicht Über eine solche Distanz konstant ist. Bei manchen Messungen kann dieses Problem dadurch beseitigt werden, dass mit höheren Frequenzen gearbeitet wird. Dies führt aber meistens zu grösseren Schwierigkeiten bei der Entwicklung von geeigneten Schaltungen und Messwandlern und ist mit höherer Dämpfung der gesendeten Energie (z.B. Dämpfung von Ultraschallwellen im menschlichen Körper) verbunden.Oscillations or the zero crossings of the difference frequency happens per unit of time. However, such methods do not provide a continuous movement of the surface section proportional function. In addition, with most of the known methods based on the Doppler effect, the Direction of movement cannot be determined as there is no difference between positive and negative frequency shifts do. In addition, these methods only work satisfactorily if the speed to be measured Over at least one of several oscillations of the difference frequency corresponding distance is constant, since they the Formation of an average is the basis. In this context, however, it was found that in many cases the Speed is not constant over such a distance. For some measurements, this problem can be eliminated by working with higher frequencies. this but usually leads to greater difficulties in development of suitable circuits and transducers and has higher attenuation of the transmitted energy (e.g. attenuation ultrasonic waves in the human body).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen eine kontinuierliche, genaue und die Bewegungsrichtung anzeigende Messung der Geschwindigkeit und des Weges öder der Verschiebung eines relativ zu einem' Messpunkt bewegten Flächenabschnittes auch für eine kleine Anzahl von Schwingungen der Dopplerfrequenz möglich ist.The invention is based on the object of providing a method and a device with which a continuous, precise measurement of the speed and the path or the displacement of a relative to a 'measuring point moving area segment too is possible for a small number of oscillations of the Doppler frequency.

Erfindungsgemäss wird dies erreicht durch die Bestimmung der im Dopplersignal enthaltenen FM- und AM-Information und durch analoge Division der FM-Information durch die AM-Information, um ein die Geschwindigkeit des FlMchenabschnittes darstellendes Signal zu erhalten. Durch gleichzeitige Integration des Geschwindigkeitssignals erhält man den zeitlichenAccording to the invention, this is achieved through the determination the FM and AM information contained in the Doppler signal and by analogous division of the FM information by the AM information to indicate the speed of the area section to receive the representational signal. By integrating the speed signal at the same time, the temporal

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Verlauf der Verschiebung, bzw. des Weges des Flächenabschnitts pro Zeiteinheit. Die Division kann in einem bestimmten Bereich, in dem die AM-Information den'Wert null oder einen in der Nähe von null liegenden Wert annimmt,unterbrochen werden, damit die Division durch null vermieden wird.Course of the displacement or the path of the area segment per unit of time. The division can be in a certain Area in which the AM information has the value zero or assumes a value close to zero, interrupted to avoid division by zero.

Im folgenden ist anhand der beiliegenden Zeichnung ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung erläutert.In the following, an exemplary embodiment of the invention is explained with reference to the accompanying drawing.

Figur 1 ist ein Vektordiagramm das die Spannungs- und Phasenbeziehungen der reflektierten Energie darstellt,Figure 1 is a vector diagram showing the voltage and phase relationships of the reflected energy,

Figur 2 ist ein Blockdiagramm der Empfängereinheit f für die Verwendung von kontinuierlichen Ultraschallwellen,Figure 2 is a block diagram of the receiver unit f for the use of continuous ultrasonic waves,

Figur 3 zeigt eine Form einer Schaltung zur Regelung der-Bezugsspannung im Detail,Figure 3 shows one form of control circuit der-reference voltage in detail,

Figur 4 zeigt für eine vorgegebene Geschwindigkeit eines Flächenabschnitts eine Reihe von Signalformen an verschiedenen Punkten der Empfängerschaltung.FIG. 4 shows one for a given speed A number of waveforms at different Points of the receiver circuit.

Die nachfolgend beschriebene Schaltung eignet sich fUr die rechnerische Bestimmung der Geschwindigkeit ν (t) und des Weges χ (t) eines Flächenabschnitts durch Ueberwachung mit Hilfe der CW-Doppler-Teehnik. Sender und Empfänger liegen im vorliegenden Fall dicht nebeneinander. ^The circuit described below is suitable for the computational determination of the speed ν (t) and the path χ (t) of a surface section by monitoring with the aid of the CW Doppler technology. Sender and receiver are close to each other in the present case. ^

Anhand des in Figur 1 gezeigten Vektordiagramms soll zunächst der Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit der Reflexionsfläche und der in der komplexen Wellen e_ (t) enthaltenen FM- und AM-Information diskutiert werden. Der Vektor e. stellt die direkt von dem bewegten Flächenabschnitt reflektierte Welle dar, wobei der Winkel 0 (t) die durch die Bewegung des Flächenabschnittes verursachte Phasenverschiebung angibt. Der Vektor e_T stellt die Summe aller vom Empfänger aufgenommenen, nicht modulierten Wellen dar. Die GleichungUsing the vector diagram shown in FIG. 1, the relationship between the speed of the reflection surface and the FM and AM information contained in the complex waves e_ (t) will first be discussed. The vector e. represents the wave reflected directly from the moving surface section, the angle 0 (t) indicating the phase shift caused by the movement of the surface section. The vector e _T represents the sum of all unmodulated waves picked up by the receiver. The equation

v/i Λ _ ^{d x} 0?) _ ^{λ d} & (^fc) v / i Λ _ ^dx 0?) _ ^{λ d} & ( ^fc )

^{K }} " . dt - kv ^K} ". Dt - kv dtGerman

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gibt die Geschwindigkeit des reflektierenden Flächenabschnitts an, wobei Ader Quotient aus Schallgeschwindigkeit und Trägerfrequenz ist. Wenn der Vektor e. wesentlich kleiner als der Vektor e ist, kann der Phasenwinkel 0 (t) nicht direkt gemessen werden. Demgemäss kann auch die Geschwindigkeit des reflektierenden Flächenabschnittes, die; wie durch Gleichung (I) angegeben ist»mit dem Phasenwinkel 0 zusammenhängt, nicht direkt gemessen werden. Deshalb stellte sich die Aufgabe, die Geschwindigkeit der reflektierenden Fläche aus den messbaren Grossen Phasenwinkel θ (t) und Amplitude der komplexen Welle e_o zu rekonstruieren. Durch Substitution erhält manindicates the speed of the reflective surface section, where Ader is the quotient of the speed of sound and the carrier frequency. If the vector e. is significantly smaller than the vector e, the phase angle 0 (t) cannot be measured directly. Accordingly, the speed of the reflective surface section, the; as indicated by equation (I) »is related to the phase angle 0 , cannot be measured directly. _{Therefore, the task arose} of reconstructing the speed of the reflecting surface from the measurable large phase angle θ (t) and the amplitude of the complex wave e o. Substitution gives

A d J* (O _ _2l_ e_T d θ (t) A d J * (O _ _2l_ e _T d θ (t)

_{ir d t} - 47Γ L e cos (t) _{ir dt} - 47Γ L e cos (t)

Da dQ (t)/dt die FM-Information und e cos 0 (t) die AM-Information der komplexen. Welle e_, (t) ist, kann man schreibenSince dQ (t) / dt is the FM information and e cos 0 (t) is the AM information of the complex. Wave e_, (t) is can be written

JrVJrV

(in) v(t) - ^r % (in) v (t) - ^ r%

FUr ^eA«^eT ^{ist die} Grosse _dfc [e (t) g-]- äquivalentFor ^e A « ^e T ^the _{quantity dfc} [e (t) g -] - is equivalent

mit der FM-Information, bzw. der Phasenmodulation,-r-r· , und e_ erscheint nicht mehr in der untenstehenden Gleichung, da e. cos 0 (t) oder e._M (t) nicht von e. abhängt (wegen β./β_with the FM information or the phase modulation, -rr ·, and e_ no longer appears in the equation below, since e. cos 0 (t) or e. _M (t) not from e. depends (because of β. / β_

Damit erhält man durch eine analoge Division der FM-Information durch die AM-Information Quadrant für Quadrant eine Rekonstruktion der wechselnden Phase der durch den reflektierenden Flächenabschnitt modulierten Welle. Diese Rekonstruktion ist anwendbar für die Bestimmung der Bewegung von Flächenabschnitten, die nur für die Dauer weniger Schwingun gen der Trägerfrequenz eine konstante Geschwindigkeit haben. Die Multiplikation mit einer Konstante, führt dann zum zeitlichen Verlauf der Geschwindigkeit des Flächenabsehnitts,This gives you an analog division of the FM information through the AM information quadrant by quadrant a reconstruction of the changing phase of the wave modulated by the reflecting surface section. These Reconstruction is applicable for the determination of the movement of surface sections, which only for the duration less oscillation have a constant speed at the carrier frequency. Multiplication by a constant then leads to Temporal progression of the speed of the area section,

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wobei das Ausgangssignal in Einheiten der Abisolutgeschwindigkeit geeicht ist und die Information über die Richtung enthält. Den zeitlichen Verlauf des Wegs erhält man durch Integration der Geschwindigkeitsfunktion. . . .where the output signal is in units of stripping speed is calibrated and contains information about the direction. The time course of the path is obtained by integrating the Speed function. . . .

Die nachfolgend beschriebene Schaltung ist besonders geeignet zur Ueberwachung der Bewegung von Flächenabschnitten in lebenden Organismen, z.B. für Messungen der Blutströmung durch die von den bewegten Blutkörperchen reflektierte Ultraschallenergie, der Geschwindigkeit und des Wegs von Herzwänden, der Bewegung von Arterienwänden während des Oeffnungs- | und Schliessvorgangs einer durch externe Druckanwendung abgeschnürten Arterie, usw. The circuit described below is particularly suitable for monitoring the movement of surface sections in living organisms, e.g. for measurements of blood flow through the ultrasonic energy reflected by the moving blood cells, the speed and path of the walls of the heart, the movement of the arterial walls during the opening | and closing process of an artery that has been constricted by the application of external pressure, etc.

Wie in Figur 2 gezeigt, ist ein Generator 12 mit einem Sendekristall 13 und einem FM-Kanal 11 verbunden. Der FM-Kanal 11 enthält eine Stufe 14 zur 7/y2-Phasenverschiebung, die mit dem Eingang 15 eines AM-Detektors 1? verbunden ist. Zu einem zweiten Eingang 16 des Detektors 17 führt eine Querverbindung von einem noch zu beschreibenden AM-Kanal 21. Der Ausgang des Detektors 17 ist mit einer Differenzierstufe 18 verbunden, deren Ausgang mit einem Eingang 19 einer analogen Divisionsstufe 4l gekoppelt ist. Der AM-Kanal 21 enthält % As shown in FIG. 2, a generator 12 is connected to a transmitter crystal 13 and an FM channel 11. The FM channel 11 contains a stage 14 for the 7 / y2 phase shift, which is connected to the input 15 of an AM detector 1? connected is. A cross-connection leads to a second input 16 of the detector 17 from an AM channel 21 to be described. The output of the detector 17 is connected to a differentiating stage 18, the output of which is coupled to an input 19 of an analog division stage 41. The AM channel 21 contains %

einen Empfängerkristall 23, verbunden mit einem HF-Verstärker 24. Der Ausgang des HF-Verstärkers 24 ist einerseits mit einem Eingang 25 eines AM-Detektors 27 und andererseits mit dem Eingang l6 des Detektors 17 gekoppelt. Zu einem zweiten Eingang 2β des Detektors 27 führt eine Querverbindung vom Ausgang des Generators 12. Der Ausgang des Detektors 27 ist mit einer Einheit 28 zur Regelung der Bezugsspannung verbunden. ■'■■'■ a receiver crystal 23, connected to an RF amplifier 24. The output of the RF amplifier 24 is on the one hand with a Input 25 of an AM detector 27 and on the other hand with the Input l6 of the detector 17 coupled. A cross connection leads to a second input 2β of the detector 27 Output of generator 12. The output of detector 27 is connected to a unit 28 for regulating the reference voltage. ■ '■■' ■

Die Bezugsspannungsregelung 28 ist in Figur 3 gezeigt und enthält eine Kopplungsimpedanz 6l an einem Eingang 62 eines Differentialverstärkers 64, dessen zweiter Eingang 63 geerdetThe reference voltage regulator 28 is shown in FIG and contains a coupling impedance 6l at an input 62 of a Differential amplifier 64, the second input 63 of which is grounded

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ist. Eine erste Rückkopplung 66 vom Ausgang 65 des Differentialverstärkers enthält eine Serienschaltung aus einer Kapazität 67 und einem Widerstand 68 und eine zweite, zur ersten parallele Rückkopplung 70 enthält eine Parallelschaltung aus zwei Dioden 69 und 71 jeweils in Serie mit einem Widerstand 74, bzw. 75. Diode 69 ist in Durch!ausrichtung, Diode 71 in Sperrichtung geschaltet und die Verbindungspunkte der Dioden mit den jeweiligen Serienwiderständen 7^» 75 sind über die Kapazitäten 72, 73 abgeblockt. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 74 und 75 ist mit dem Eingang 62 verbunden. Die Rückkopplungsschleife 70 bildet die Differenz zwischen den integrierten positiven und negativen Maxima des AM-Signals und legt dadurch den Mittelwert zwischen den positiven und negativen Amplituden des AM-Signals als Bezugsspannung fest.is. A first feedback 66 from the output 65 of the differential amplifier contains a series connection of a capacitance 67 and a resistor 68 and a second feedback 70 parallel to the first contains a parallel connection of two diodes 69 and 71, each in series with a resistor 74 and 75, respectively. Diode 69 is connected in through alignment, diode 71 in reverse direction, and the connection points of the diodes with the respective series resistors 7 ^ 75 are blocked via the capacitors 72, 73. The connection point between resistors 74 and 75 is connected to input 62. The feedback loop 70 forms the difference between the integrated positive and negative maxima of the AM signal and thereby establishes the mean value between the positive and negative amplitudes of the AM signal as the reference voltage.

Der Ausgang 65 der Einheit 28 zur Regelung der Bezugsspannung ist gleichzeitig mit vier parallelen Zweigen einer Einheit 29 zur Unterbrechung bei Nulldurchgängen des AM-Signals verbunden. Die Einheit 29 besteht aus einer analogen Torschaltung 31 im ersten Zweig und einer Seriensehaltühg aus einem Inverter j52 und einer analogen Torschaltung 33 im zweiten Zweig, wobei die Ausgänge der analogen Torschaltung 31, 33 mit dem AM-Eingang 39 der analogen Divisionsstufe 4l verbunden sind. Ausserdem enthält die Einheit 29 eine positive Vergleichsschaltung 36 im dritten' Zweig und eine negativen Vergleichsschaltung 37 im vierten Zweig. Die Vergleichsschaltungen 36 und 37 enthalten je ein einstellbares Potentiometer die zwischen null und einer positiven, bzw. negativen Spannung liegen. Der Ausgang der Vergleichsschaltung 36 ist mit dem Steuereingang 34 der Torschaltung 31 und der Ausgang der Vergleichsschaltung 37 mit dem Steuereingang 35 der Torschaltung 33 gekoppelt. Beide Ausgänge sind ausserdem mit den analogen Torschaltungen 43 und 46 auf der Ausgangsseite der analogen Divisionsstufe 41 verbunden.The output 65 of the unit 28 for regulating the reference voltage is simultaneously one with four parallel branches Unit 29 connected for interruption at zero crossings of the AM signal. The unit 29 consists of an analog one Gate circuit 31 in the first branch and a Seriensehaltühg an inverter j52 and an analog gate circuit 33 im second branch, the outputs of the analog gate circuit 31, 33 with the AM input 39 of the analog division stage 4l are connected. In addition, the unit 29 contains a positive comparison circuit 36 in the third branch and a negative one Comparison circuit 37 in the fourth branch. The comparison circuits 36 and 37 each contain an adjustable potentiometer which lie between zero and a positive or negative voltage. The output of the comparison circuit 36 is with the control input 34 of the gate circuit 31 and the output the comparison circuit 37 with the control input 35 of the gate circuit 33 coupled. Both outputs are also connected to the analog gate circuits 43 and 46 on the output side of the analog division stage 41 connected.

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Die Divisionsstufe 4l hat einen einzigen Ausgang, der Über zwei parallele Wege mit einem Tiefpassfilter 48 verbunden ist. Der erste dieser beiden Wege enthält eine analoge Torschaltung 4}, deren Steuereingang 44 an die Vergleichsschaltung 56 der Einheit 29 angeschlossen ist. Der zweite Weg enthält eine Serienschaltung aus einer Inversionsstufe 45 und einer analogen Torschaltung 46 deren Steuereingang 4y an die Vergleichsschaltung J57 der Einheit 29 angeschlossen ist. Die Ausgänge der analogen Torschaltungen 43 und 46 sind miteinander verbunden und führen über den Tiefpassfilter 48 zu einem Ausgangsanschluss 49, der als "Geschwindig!ceit"-Aus£ang bezeichnet werden kann. Der Ausgangsanschluss 49 ist mit einer Integrationsstufe 51 verbunden die wiederum einen Ausgang f>2 aufweist, der als "Weg"-Ausgang bezeichnet werden kann.The division stage 4l has a single output, the Connected to a low-pass filter 48 via two parallel paths is. The first of these two ways contains an analogous one Gate circuit 4}, whose control input 44 to the comparison circuit 56 of the unit 29 is connected. The second way contains a series circuit of an inversion stage 45 and an analog gate circuit 46 whose control input 4y to the comparison circuit J57 of the unit 29 connected. The outputs of the analog gate circuits 43 and 46 are connected to one another and pass through the low-pass filter 48 to an output connection 49, which is specified as a "speed" output can be designated. The output connection 49 is connected to an integration stage 51 which in turn has an output f> 2, which is called the "path" output can be designated.

Im folgenden wird die Funktion der Schaltungsanordnung anhand Figur 4 erläutert. Die Verschiebung oder der Weg des interessierenden Flächenabschnittes soll der in Figur 4(a) und die zugehörige Geschwindigkeit der in Figur 4(b) gezeigten Kurve entsprechen. Der Sendergenerator 12 erzeugt ein HF-Signal das den Kristall IJ zur Abgabe einer Ultraschallwelle einer bestimmten Frequenz anregt, die auf den beobachteten Flächenabschnitt gerichtet ist. Gleichzeitig wird das HF-Signal in den Detektor 26 und mit einer Phasenverschiebung von -~- in der Einheit 14 dem Detektor 17 eingegeben. Der Ernpfängerkristall 23 nimmt eine durch Refexion am beobachteten und an andern Flächenabsehnitten entstehende komplexe Welle auf. Nach der Verstärkung im HF-Verstärker 24 wird das Signal den AM-Detektoren 17 und 27 eingegeben, in denen es synchron mit dem ausgesendeten Signal demoduliert wird. Der Detektor 27 erzeugt ein in Figur 4(d) gezeigtes Signal das die AM-Information der reflektierten komplexen Welle wiedergibt und das mit Ausnahme der ·—— Phasenverschiebung dem Ausgangssignal des Detektors 17 entspricht. Das phaoenverschobene, demoduli^rteThe function of the circuit arrangement is explained below with reference to FIG. The shift or the path of the The surface section of interest should be that shown in FIG. 4 (a) and the associated speed that shown in FIG. 4 (b) Curve. The transmitter generator 12 generates an RF signal that the crystal IJ to emit an ultrasonic wave excites a certain frequency, which is directed to the observed surface section. At the same time the RF signal into detector 26 and with a phase shift of - ~ - entered the detector 17 in the unit 14. The recipient crystal 23 assumes something observed and assumed through reflection on Complex wave arising from other surface segments. After the amplification in the RF amplifier 24, the signal is the AM detectors 17 and 27 entered, in which it is demodulated in synchronism with the transmitted signal. The detector 27 generates a signal shown in Figure 4 (d) which is the AM information of the reflected complex wave and that with the exception of the phase shift of the output signal of the Detector 17 corresponds. The phase shifted, demodulated

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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Signal wird dann in der Einheit 18 differenziert, wodurch ein der FM-Information der komplexen Wellenform entsprechendes Signal gemäss Figur 4(c) zur Eingabe in den Eingang 19 der analogen Divisionsstufe gebildet wird.Signal is then differentiated in the unit 18, whereby one of the FM information corresponding to the complex waveform Signal according to Figure 4 (c) for input into the input 19 of the analog division level is formed.

Wenn das Alisgangssignal des Detektors 27 # das die AM-Information enthält eine grössere Anzahl von Schwingungen flir jeden einzelnen interessierenden Vorgang enthalten würde, könnte die Bezugsspannung leicht durch eine übliche Wechselstromkopplung z.B. durch einen Kondensator festgelegt werden. Für solche Bewegungen jedoch, bei denen nur eine begrenzte Anzahl von Schwingungen erzeugt wird, liefert die übliche Wechselstromkopplung keine genaue Bezugsspannung. Deshalb enthält das vorliegende AusfUhrungsbeispiel die Einheit 28 zur Regelung der Bezugsspannung, in der die positiven und negativen Maxima der AM-Wellenform bestimmt werden und die Bezugsspannung in der Mitte zwischen diesen Spannungsamplituden* festgelegt wird.If the output signal of the detector 27 #, which contains the AM information, would contain a larger number of oscillations for each individual process of interest, the reference voltage could easily be determined by a conventional alternating current coupling, for example by a capacitor. However, for such movements in which only a limited number of oscillations are generated, the usual AC coupling does not provide an exact reference voltage. The present exemplary embodiment therefore contains the unit 28 for regulating the reference voltage, in which the positive and negative maxima of the AM waveform are determined and the reference voltage is determined in the middle between these voltage amplitudes *.

Bei einer kontinuierlichen Division der FM-Information durch die AM-Information in der analogen Divisionsstufe kl würde in den Nulldurchgängen der AM-Information der Quotient unbestimmt werden. Durch die Einschaltung der Einheit 29 wird die Division durch null vermieden, da diese Einheit die Be rechnung in einem bestimmten Bereich um null verhindert. Diesen Bereich kann man durch Einstellung der Potentiometer an den Eingängen der Vergleichsschaltungen festlegen. Die Vergleichsschaltung 56 öffnet die Torschaltung 31 wenn die AM-Information oberhalb des eingestellten Bereiches liegt. In ähnlicher Weise Öffnet die Vergleichsschaltung 37 die Torschaltung 33 wenn die Amplitude des- AM-Signals unterhalb dieses Bereichs liegt« Damit wird auch die Polarität des AM-Signals von den Vergleichsschaltungen 36 und 37 erfasst, indem die positiven Teile des Signals gemäss Figur 4(e) durch Torschaltung 31*und die negativen Teile des Signals durch die Inversionsschaltung In the case of a continuous division of the FM information by the AM information in the analog division level kl , the quotient would become indeterminate in the zero crossings of the AM information. By switching on the unit 29, the division is avoided by zero, as this unit calculation, the Be in a certain range around zero prevented. This range can be determined by setting the potentiometer at the inputs of the comparison circuits. The comparison circuit 56 opens the gate circuit 31 when the AM information is above the set range. In a similar way, the comparison circuit 37 opens the gate circuit 33 when the amplitude of the AM signal is below this range. The polarity of the AM signal is thus also detected by the comparison circuits 36 and 37 by the positive parts of the signal according to FIG. e) through gate circuit 31 * and the negative parts of the signal through the inversion circuit

32 und die Torschaltung 33 geleitet werden. Die Inversionsschaltung 32 wandelt die negativen Teile des Signals in positive Impulse um, sodass sich die in Figur 4(f) gezeigte Signalfolge ergibt und die Vorschriften für Eingangssignale von üblichen Divisionsschaltungen,die keine negativen Nenner zulassen,erfüllt sind.32 and the gate circuit 33 are conducted. The inversion circuit 32 converts the negative parts of the signal into positive ones Pulses so that the signal sequence shown in Figure 4 (f) and the rules for input signals from common division circuits that have no negative denominator allow are met.

Das Ausgangssignal der analogen Divisionsstufe 4l wird einer Einheit 42 zugeführt, die mit Hilfe der Inversionsschaltung 45 und der Steuerung der.Torschaltung 46 durch die Vergleichsschaltung 47 das negative Vorzeichen der negativen AM-Signale wieder einführt. Die Torschaltung 43 wird mit Hilfe des Ausgangssignals der Vergleichsstufe 44 bei positiver AM-Information geöffnet. Als typisches Ausgangssignal ergibt sich damit das in Figur 4(g) gezeigte Signal. Der Tiefpassfilter beseitigt die kurzen Unterbrechungen dieses in Figur 4(g) gezeigten Ausgangssignals, die durch die Einheit 29 beim Abschalten während der Nulldurchgänge erzeugt wurden und liefert am Ausgang 49 das in Figur 4(h) gezeigte Signal.The output signal of the analog division stage 4l is to a unit 42 which, with the aid of the inversion circuit 45 and the control of the gate circuit 46 by the Comparison circuit 47 the negative sign of the negative Reintroduces AM signals. The gate circuit 43 is with the help of the output signal of the comparison stage 44 with positive AM information opened. The signal shown in FIG. 4 (g) thus results as a typical output signal. The low pass filter eliminates the brief interruptions in this output signal shown in Figure 4 (g) caused by the unit 29 when it is switched off were generated during the zero crossings and delivers the signal shown in FIG. 4 (h) at output 49.

Man sieht dass das vom Ausgang 49 gelieferte Signal dem Geschwindigkeitsverlauf des beobachteten Flächenabschnitts entspricht und die Richtungsinformation der Bewegung enthält. Eine konstante Geschwindigkeit einer bestimmten Dauer wird durch einen Gleichspannungsimpuls mit einer konstanten Amplitude und einer der Dauer der Geschwindigkeit entsprechenden Länge dargestellt. Die Richtung der Geschwindigkeit wird durch die Polarität der entsprechenden Spannung angegeben.You can see that the signal delivered by output 49 corresponds to the speed profile of the observed surface section and contains the direction information of the movement. A constant speed of a certain duration is achieved by a DC voltage pulse with a constant amplitude and a length corresponding to the duration of the speed. The direction of the speed is given by the Polarity of the corresponding voltage indicated.

. Die Integrationsstufe 51 ermöglicht die Integration des Ausgangssignals ν (t) und liefert am Ausgang 52 ein Spannungssignal, dass eine genaue Wiedergabe des zeitlichen Verlaufs der Verschiebung des beobachteten Flächenabschnitta darstellt. . The integration stage 51 enables the integration of the output signal ν (t) and delivers a voltage signal at the output 52 which represents an exact reproduction of the time course of the displacement of the observed surface section a.

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Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung auch mit anderen Energieformen anstelle von Ultraschall ausgeführt und für die Messung von beliebigen bewegten Flächenabschnitten, nicht nur solchen in lebenden Organismen, eingesetzt werden. Es sind auch zahlreiche Variationen der Schaltung möglich, ohne vom Prinzip der Erfindung abzuweichen. Beispielsv/eise können die beiden Kristalle 1} und 2j5 durch einen einzigen Kristall ersetzt werden. Eine andere denkbare Abwandlung besteht darin, dass die Bestimmung der Funktion χ (t) und ν (t) über die Demodulation der FM-Information durchgeführt wird, indem die für die Division benötigte AM-Informatlon durch eine —5— Phasenverschiebung der Trägerfrequenz und durch Integration der resultierenden FM-Information erhalten wird.Of course, the present invention can also be carried out with other forms of energy instead of ultrasound and can be used for the measurement of any moving surface sections, not just those in living organisms. Numerous variations of the circuit are also possible without departing from the principle of the invention. Example version can convert the two crystals 1} and 2j5 through a single one Crystal to be replaced. Another conceivable modification is that the determination of the function χ (t) and ν (t) is carried out by demodulating the FM information, by the AM information required for the division by a —5— phase shift of the carrier frequency and through integration the resulting FM information is obtained.

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Claims

Godparents of sayings

, 1 / method for processing a Doppler signal, which results from the frequency shift of a carrier signal due to reflection on a moving surface section, characterized in that the FM information and AM information contained in this Doppler signal is determined and an analog division of the FM information by the AM information is carried out to generate an output signal representing the speed of the surface section.

2. The method according to claim 1, characterized in that the output signal obtained by the analog division is integrated to generate an output signal representing the displacement of the surface section.

5. The method according to claim 1, characterized in that that the Doppler signal is used to determine the AM information the carrier signal is demodulated and that to determine the FM information on the Doppler signal with the phase-shifted Carrier signal is demodulated to generate an AM signal and then differentiated.

4. Device for processing a Doppler signal resulting from a frequency shift of a carrier signal by reflection on a moving surface section results in » characterized by means for determining the FM and AM information contained in the Doppler signal and by means coupled therewith for carrying out an analog division of the FM information by the AM information.

5 * device pushed claim 4, characterized by Means for integrating the output signal indicating the speed "

099*507 1.493099 * 507 1,493

6. Device according to claim 4, characterized in that that the means of determining the FM and AM information a first demodulator for determining the AM information and a second demodulator and a differentiating stage connected to it for determining the FM information.

7. Device according to claim 6, characterized by means for interruption during the zero crossing of the AM information.

8. The device according to claim 7, characterized by means for regulating the reference voltage of the AM information.

9. Apparatus according to claim 7, characterized in that that the means for interruption during the zero crossing of the AM information analog gate circuits, comparison circuits to control the analog gates and inverters to standardize the polarity of the AM information.

10. The device according to claim 9, characterized by means for restoring the original polarity after the division.

11. The device according to claim 10, characterized by a filter circuit for smoothing the signal interruptions Ti caused at the zero crossings of the AM information.

12. The device according to claim 11, characterized by an integration stage connected downstream of the filter circuit for generation a signal indicating the displacement of the observed area segment.

13. The device according to claim 10, characterized in that that the means for restoring the original polarity analog gate circuits, inverters and control connections contained between Lan .TorsCnalZungen and the Yersloichsscnaltungen

^{BAD 0R1G!NALBAD 0R1G! NAL}

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